砕波による波面の破れ機構と気泡連行乱れの細部構造

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450188
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 岩田 好一郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10029150)
• 研究分担者: 竹原 幸生 近畿大学, 理工学部, 講師 (50216933) ; 後野 正雄 大阪工業大学, 工学部, 教授 (10116080) ; 江藤 剛治 近畿大学, 理工学部, 教授 (20088412) ; 鷲見 浩一 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (10314048) ; 川崎 浩司 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20304024)
• キーワード: 砕波限界 / 気液境界面 / トリプル型砕波 / PTV / 水中圧力変動 / 気泡発生機構 / 高速ヴィデオカメラ / 固気液多相流

研究概要

今年度は、4年間にわたる研究の2年目にあたる。研究代表者と分担者は、下記の研究を遂行した。
岩田は高速ヴィデオカメラを使って詳細な水理実験を行ない、波面が破れる時の特徴である流体内に気泡が取り込まれる機構として、3つの機構があることを解明し、空気の取り込みに関して表面張力が重要な寄与することを解明した。鷲見は多くの2次元水理実験を行ない、潜堤により生ずるトリプル型砕波の発生限界を、波諸量と潜提幾何量と関連づけて解明した。さらに、PTV法により水粒子速度を計測して、トリプル型砕波に特徴的な流速場や渦度場の内部構造の時空間特性を解明した。江藤・竹原は気泡の水中への連行の瞬間や、浮上した気泡の破裂、小水滴の空中飛散の微視的過程を可視化するために、100万枚/秒で連続16枚撮影可能な高速ヴィデオカメラの開発と104枚連続上書きできる撮像素子を設計した。そして、気泡の破裂・合体の過程を可視化計測し、その基本的機構を考究した。後野は波面の破れ機構を解明するために、4つの波圧計を組み合わせた計測装置を使い、2次元造波水槽で波面近傍の圧力勾配を計測した。しかし、実験精度の精度が悪く、波面の破れ機構を圧力の面から解明するには至らなかった。なお、波圧計測装置の高精度化を次年度試みる。川崎は砕波に伴う連行気泡の力学特性を明かすための基礎実験として、水中における上昇気泡及び自由落下水塊に伴う気泡の生成・消滅とそれに伴う圧力場の変動構造を水理実験により検討し、気泡の生成に伴い水中圧力が急激に変動し水中音が発生すること、気泡振動が高周波数圧力を誘発することなどの解明を行ない、さらにCIP法に基づく固気液多相流の統一数値計算法を開発し、その妥当性を水理実験で検証した。

研究成果

• [文献書誌] T.G.Etoh, et. al.: "Development of high-speed video camera"Proc.of the 24th International Congress on High-Speed Photography and Photonics. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] T.G.Etoh,S.Nabesaka,and K.Takehara: "High speed image capturing of bursting Phenomena of a bubble at water surface"Proc.of the 24th International Congress on High-Speed Photography and Photonics. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] 竹原幸生,江藤剛治,前田崇雄,相武克彦: "PTVによる風波発生時の水表面近傍の気流・水流計測法"海岸工学論文集. 第47巻. 101-105 (2000)
• [文献書誌] S.T.Thoroddsen,K.Takehara: "The coalescence cascade of a drop"Physics of Fluids. Vol.12No.6. 1265-1267 (2000)
• [文献書誌] 角野昇八,細井由彦,竹原幸生,江藤剛治 他: "水表面での気体輸送に関する研究の最新の動向"土木学会論文集. No.656/II-52. 269-287 (2000)
• [文献書誌] 川崎浩司,村瀬政善,岩田好一朗: "一様傾斜水域での砕波に伴う水中圧力の時空間変動特性"海岸工学論文集. 第47巻. 161-165 (2000)
• [文献書誌] 鷲見浩一,渋谷貴志,細井寛昭,岩田好一朗: "潜堤周辺で発生する渦の時空間分布に関する実験的研究"海洋開発論文集. 第16巻. 47-51 (2000)
• [文献書誌] 鷲見浩一,渋谷貴志,細井寛昭,岩田好一朗: "潜堤によるトリプル型砕波の発生限界と内部構造に関する実験的研究"海岸工学論文集. 第47巻. 736-740 (2000)