水域の流れの3次元渦運動解析法の実用化に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650527
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 細田 尚 京都大学, 工学研究科, 助教授 (10165558)
• 研究分担者: 岩田 通明 株式会社 建設技術研究所, 河川本部, 技師 ; 長田 信寿 京都大学, 工学研究科, 助手 (50273462) ; 木村 一郎 四日市大学, 環境情報学部, 講師 (60225026)
• キーワード: 渦運動 / 乱流モデル / 数値解析 / 局所洗掘 / 水域環境

研究概要

本年度は,河川や湖沼の流れに生じる大規模渦運動を再現するための基本的な構成則として,実用性と現象再現の精度を考慮して非線形k-εモデルを考え,複断面流れに生じるせん断不安定に起因する渦運動,橋脚背後のカルマン渦や底面付近の馬蹄形渦などの基本的な流れを対象に3次元数値モデルの再現性を検証を試みた.その際,鞍形点や渦心点が存在する基本的な流れ場において乱流モデルが実現条件を満たす条件を導いている.
計算結果の考察から,せん断不安定に起因する渦運動を伴う複断面流れ及び角柱や立方体周辺流れの3次元構造や非定常特性が概ね再現されることを示した.
さらに,河道内の流れと河床変動を長区間解析するためには平面2次元モデルが実用的との観点から,湾曲の2次流などの流れの3次元構造を考慮した一般座標系での水深積分モデルを導き,従来の実験結果と比較することにより検証した.

研究成果

• [文献書誌] Kimura,I.: "3D flow structures around rectargular column ・・・"Proc.1st Symp. on TSFP. 1001-1006 (1999)
• [文献書誌] Hosoda,T.: "3D computations of compound open chaunel flow"J. of Hydroscience and Hydraulic Eng.. 17. 87-96 (1999)
• [文献書誌] 木村一郎: "乱れ強さ非負条件を考慮した非線形k-εモデル・・・"水工学論文集. 44. 599-604 (2000)
• [文献書誌] 細田尚: "一般座標系での主流と2次流の遅れを考慮した"水工学論文集. 44. 587-592 (2000)