砕波による波面の破れ機構と気泡連行乱れの細部構造

2001 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 好一朗 名古屋大学, 大学院・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, 助教授 (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 金沢工業大学, 工学部, 講師 (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 / 連行気泡 / 水中圧力 / PIV / 固気液多層流数値モデル / 拡張SMAC法 / 高速ヴィデオカメラ / CIP法

研究概要

今年度は,4年間にわたる研究の3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,気泡連行に及ぼす表面張力波の効果を検討した. 江藤・竹原は,100万枚/秒で100枚以上連続上書き撮影できるビデオカメラを開発した.このカメラを用いて,これまで詳細が不明であった以下の一連の過程を撮影することに成功した.(1)水滴が水表面に当たり気泡が強制連行される過程(2)その後水膜が生成してある条件下では水表面に泡が形成される過程(3)さらにその泡が壊れて多数の微小水滴が生成し,飛散する過程.現在これらの諸過程の詳細な分析を進めている. 後野は,砕波瞬時の波形を数値解析で求める砕波詳細数値解析法の開発を試みた. 鷲見は,2次元水理実験を行い,以下のことが明らかにした.(1)波峰前面に微小な擾乱部が形成され,この擾乱部に発生するくぼみから気泡が波内部に取り込まれことが明らかになった.(2)波峰擾乱部に発生するくぼみは表面張力波と推察され,表面張力波が表面付近に発生させた渦の相互干渉が気泡の流体内部への混入に寄与している.(3)気泡の流体内部への取り込まれる過程は3種類のパターンに大別され,入射波の進行方向に対して水平方向と鉛直方向に気泡が混入するケースと気体が巻き込まれるように流体内部に取り込まれるケースであった. 川崎は,連行気泡の基本特性を明らかにするために,静水中を上昇する気泡の運動を取り上げ,上昇気泡に伴う水中圧力の時間周波数特性を水理実験より検討し,気泡の拡張・収縮といった振動によって水中圧力の高周波数成分は気泡発生地点からの距離に反比例の関係で減衰すること,気泡の連行に伴い水中音が発生して要ることを解明した.さらに,CIP法と拡張SMAC法に基づく固気液多層流数値モデルを2次元と3次元に対して開発し,その妥当性を検証した.

研究成果

• [文献書誌] 江藤 剛治: "A CCD Image sensor of 1Mframes/s for Continuous Image Capturing 103 Frames"Digest of Technical papers on 2002 IEEE International Solid-State Circuits Conference. 46-47 (2002)
• [文献書誌] 竹原 幸生: "ヘリコプターを用いた実河川表面流の画像計測の試み"水工学論文集. 第46巻. 809-814 (2002)
• [文献書誌] 江藤 剛治: "Development of ultra-high-speed video cameras for PIV"CD ROM Proceedings of 4^<th> International Symposium on Particle Image Velocimetry. PIV01 Paper P1158. 1-8 (2001)
• [文献書誌] 江藤 剛治: "High-speed image capturing for PIV"CD ROM Proceedings of 4^<th> International Symposium on Particle Image Velocimetry. PIV01 Paper P1155. 1-12 (2001)
• [文献書誌] 竹原 幸生: "A direct visualization method of CO_2 gas transfer at water surface"Gas Transfer at Water Surface Geophysical Monograph. Vol.127. 89-95 (2001)
• [文献書誌] 竹原 幸生: "高精度PIVのための粒子マスク適合法"可視化情報. Vol.21 Suppl.No.1. 121-124 (2001)
• [文献書誌] 鷲見浩一, 渋谷貴志, 細井寛昭, 岩田好一朗: "矩形型潜堤上の砕波に伴う気泡混入過程に関する実験的研究"海岸工学論文集. 第48巻. 106-110 (2001)
• [文献書誌] 川崎浩司, 大谷知樹, 中辻啓二: "固気液多層共存場に対する統一数値解法の構築と複雑水理現象への応用"海岸工学論文集. 第48巻. 1026-1030 (2001)
• [文献書誌] Kawasaki K., K. Iwata: "Wave Breaking-Induced Dynamic Pressure Due to Submerged Breakwater"Proc. of 11^<th> ISOPE Conference. Vol.III. 488-494 (2001)
• [文献書誌] 川崎浩司, 中辻啓二: "気液相・固気液相流動場の数値実験に関する研究"水工学論文集. 第46巻. 1051-1056 (2002)
• [文献書誌] 川崎浩司, 山澤洋一, 岩田好一朗: "上昇気泡に伴う水中圧力の基本特性に関する一考察"平成13年度土木学会中部支部研究発表会講演概要集. 129-130 (2002)