| 研究概要 |
本年度は,密度流の2つの流動形態,つまり「密度カレント」と「密度楔」の特性について理論的・実験的に検討した.理論的研究では,周囲流れ(接近流)の流速分布の無次元速度勾配αと密度流の先端角度θの関係を非粘性理論により定量的に示し,その結果を実験データと比較した(α>0:接近流の運動量が局所的に欠損,α<0:局所的に過剰,α=0:一様接近流).理論解は実験値を大きく上回るものの,定性的には実験結果と同様の傾向を示した.一方,実験的研究では,最初に両流動形態について流れの可視化を行い,両流動形態の出現条件について検討した.その結果,接近流の運動量が密度流の侵入高さにおいて大きく欠損している場合(概ねα≧0.1)には流動形態は密度楔となり,それ以外の場合(概ねα<0.l)には密度カレントとなることが判明した.また,両流動形態ともに,流れ場全体を上層・侵入密度流,中間層・反転流,下層・周囲流れの3層流として取り扱えることが示された.さらに,密度流後方部における侵入密度流域および反転流域の無次元厚さh_1/H,h_2/Hについて,無次元速度勾配αと密度フルード数Fをパラメータにして調べた(h_1:侵入密度流域の厚さ,h_2:反転流域の厚さ,H:周囲流れを含めた全水深).その結果,h_1/Hはαには依存せず,Fの増大とともに減少することが明らかとなった.これは,h_1/Hが流動形態に依存しないことを意味している。また,h_2/Hはαの増大につれて減少し,Fに対してはαの正負によって異なる傾向を示す(h_2/Hは,α≧0ではFに依らず一定であり,α<0ではFの増大に伴って大きくなる).これは,h_2/Hが流動形態によって変化することを示唆している。
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