砕波混入気泡と気泡連行乱れによる砕波気液界面でのガス交換機構の実態解明

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12305031
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 角野 昇八 大阪市立大学, 工学部, 教授 (70047398)
• 研究分担者: 杉原 裕司 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助手 (70243970) ; 江藤 剛治 近畿大学, 理工学部, 教授 (20088412) ; 朝位 孝二 山口大学, 工学部, 講師 (70202570) ; 細井 由彦 鳥取大学, 工学部, 教授 (50127859) ; 中村 由行 国土交通省港湾技術研究所, 海水浄化研究室, 室長 (90172460)
• キーワード: 砕波 / 気泡 / 物質移動係数 / 風波 / 海面境界過程 / 乱流モデル / 振動格子乱流場 / 超音波

研究概要

角野・重松は、原子炉工学の分野で用いられているボイドプローブを用いて造波水槽内の砕波中の気泡特性を解析し、平均粒径や平均ボイド率を求めるとともに、解析結果より、物質移動係数は砕波におけるエネルギー逸散率で強く律則されていることを明らかにした。朝位は、定在波とエアレーションによる気泡が混在する場において、波と気泡が再曝気係数に及ぼす影響について検討した。エアレーションノズルの設置水深を深くすれば再曝気係数が大きくなることなどを確認した。江藤は、水表面での気泡破裂による気体輸送現象解明のため、エタノール水溶液を用いた表面張力と粘性の影響を個別に評価する手法を開発した。杉原は、砕波風波界面下の乱流境界層の構造を、k-ε乱流モデルを用いて解析した。モデル方程式を厳密に満たす慣性底層での乱流特性量の相似解を求めた。さらに、局所平衡の仮定に基づいて外層でも近似的に適用可能な乱流特性量の理論式を導出した。竹原は、風波発生時における水表面での気体輸送の解明のために、水表面極近傍の気層・水層の流速場をPTV(粒子追跡速度計測法)を用いて計測する手法を開発した。辻本は、砕波帯と同様に気体と流体との相互作用が活発である遡上域に対して、砕波帯、遡上域までを考慮できる波動数値モデルを構築した。平口は、海上風の精度が波浪の推算精度(波高・周期)に与える影響を検討し、高解像度の気象モデルで海上風を時空間的に細かく評価する事により、波の立ち上がりや波高のピーク値の精度を向上させることができることを示した。森は、砕波により混入される気泡群が上昇する際のガス交換量とバルクのガス交換速度の関係に関するモデルを作成し、風速が13m/sを越える領域でのガス交換速度の増大に果たす気泡の役割について明らかにした。吉岡は、平成12年7月から10月に、和歌山県の田辺湾の観測塔で、砕波連行気泡特性の現地観測を実施した。

研究成果

• [文献書誌] 角野昇八,細井由彦,竹原幸生,朝位孝二,杉原裕司,中村由行,吉岡洋,平口博丸,江藤剛治,中山忠暢: "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] 竹原幸生,R.J.Adrian,江藤剛治: "KC法を用いた新しいsuper-resolution PIVの提案"水工学論文集. 第44巻. 431-436 (2000)
• [文献書誌] 辻本剛三,角野昇八,竹原幸生,重松孝昌: "Performance of a horizontal plate withpeforations for shorekine protection"International coastal symposium 2000. 72-73 (2000)
• [文献書誌] 南條吉之,細井由彦,城戸由能,矢木修身,稲葉一穂: "湖山池における藻類増殖の制限物質について"水環境学会誌. 23巻11号. 36-42 (2000)
• [文献書誌] 杉原裕司,高崎敦彦,松永信博: "k-ε乱流モデルによる風波下の乱流構造の解析,"海岸工学論文集. 第47巻,. 116-120 (2000)
• [文献書誌] 森信人,平口博丸,筒井純一: "気象モデルを用いた波浪推算の高精度化"海岸工学論文集. 第47巻. 261-265 (2000)