吹送流に及ぼす風波砕波の影響をマクロ的に評価する海面バースト層モデルの開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650509
• 研究機関: 岐阜大学
• 研究代表者: 安田 孝志 岐阜大学, 工学部, 教授 (10093329)
• 研究分担者: 大澤 輝夫 岐阜大学, 工学部, 助手 (80324284) ; 小林 智尚 岐阜大学, 工学部, 助教授 (50205473)
• キーワード: 風波 / 砕波 / 吹送流 / 乱流モデル

研究概要

不規則造波機を併設した吸込み式風洞水槽内に二重床や一様斜面を設けて実験を行い、風波砕波を介して行われる風から吹送流への運動量の輸送過程やそれによる乱流構造の解明を試みた.得られた主要な成果を以下に略記する.
1. 静水面及び造波機による波面に広範な風を作用させ、風の吹き始めからの水粒子速度場とそれに基づく乱流諸量の時間変化を調べることにより、風波下の乱流境界層、すなわち、水面バースト層の生成・発達に砕波が本質的役割を果たしていることを実証できた.
2. 吹送流の分離を可能とする二重床水槽を用いた実験により、水面バースト層の乱流エネルギーは吹送流を主流として生成されるせん断乱流のエネルギーを10倍近く上回っており、その乱流構造は風波砕波による撹乱に支配されていることを実証できた.
3. バースト層内の乱流成分は水面応力の約3割を静水面下約7H1/3の深さまで伝達させる渦粘性作用を持つ.
4. 送風機と造波機を組み合わせた実験によって、風波の波形諸量は非平衡や砕波の程度に関係なくTobaの3/2乗則に従うが、乱流エネルギー等の乱流諸量は砕波の発生によってそれから外れるようになる.
5. 気泡混入領域を除いた砕波帯の乱流場に対してk-εモデルを適用した数値シミュレーションを行い、砕波形式・規模に関係なく砕波帯のエネルギー散逸過程がこのモデルによって記述できることが水理実験結果との比較から明らかにされた.
6. バースト層内の波動成分よりも高周波側のー3/5則に従う乱流成分の乱流エネルギーによって、風波砕波の吹送流や水面下の乱流構造に及ぼす影響度のマクロ的評価が可能となる.

研究成果

• [文献書誌] 井坂健司, 安田孝志, 米倉誠司, 大澤輝夫: "砕波帯の波・流れ・乱流構造に及ぼす風速の影響"海岸工学論文集. 第48巻. 91-95 (2001)
• [文献書誌] 小笠原敏記, 安田孝志, 井坂健司, 湯本大輔: "二重床風洞水槽による風波下の乱流構造と水面応力の下方伝達"海岸工学論文集. 第48巻. 386-390 (2001)
• [文献書誌] 井坂健司, 安田孝志, 大澤輝夫: "風波下の乱流境界層の生成・発達における砕波の役割"海岸工学論文集. 第48巻. 66-70 (2001)
• [文献書誌] Ogasawara, T., T.Yasuda, N.Mizutani: "Turbulent structure of the breaking wave process caused by the plunging jet"8th Int. Sympo. Flow Modeling and Turbulence Measurements, IAHR, Tokyo, 2001. (in press). (2002)
• [文献書誌] Isaka, K., T.Yasuda, N.Mizutani: "Characteristics of water surface bursting layer with intensive turbulence generated by winds and breakers"8th Int. Sympo. Flow Modeling and Turbulence Measurements, IAHR, Tokyo, 2001. (in press). (2002)
• [文献書誌] Ogasawara, T., T.Yasuda, M.Takeda: "Roles of wind wave breakers in momentum transfer processes from wind to waves, currents and turbulences"Proc.12^<tth> Int.Offshore & Polar Eng. Conf.,Kitakyushu, 2002. (in press). (2002)