吹雪と煙型雪崩の発生及び流動機構

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650565
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 福嶋 祐介 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (40111661)
• 研究分担者: 犬飼 直之 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (80293249)
• キーワード: 吹雪 / 煙型雪崩 / 発生機構 / 流動機構 / 数値解析 / 乱流モデル / シミュレーション / 流速ベクトル

研究概要

1.煙型雪崩の発生と密接に関連する傾斜面上の吹雪の流動機構を非ブーシネスクk-ε乱流モデルを用いた数値解析手法を開発した。このモデルと比較するため、低温室にある風洞を用いた吹雪流の風速分布、飛雪流量分布の測定結果と比較した。実験は平衡状態及び非平衡状態について得られたものである。
2.吹雪の解析で検証した非ブーシネスクk-ε乱流モデルを傾斜面上の泥水流の解析に応用し、底面での固体粒子の連行係数の算定式の検討を行った。また、種種の計算条件に対する流速分布、濃度分布の特徴を明らかにした。
3.煙型雪崩の流動シミュレーション及び計算結果の表示のためのソフトウエアの開発を行った。このソフトウエアでは、研究代表者が開発した三式モデルと四式モデルの両者での解析ができるほか、空気の連行係数、雪粒子の連行係数、抵抗係数などを様々に与えることが可能になり、結果の表示、印刷が瞬時にできる、実用性及び完成度の高いソフトウエアである。
4.煙型雪崩の流動機構を詳細に調べるため、塩水及び粒子を浮遊する傾斜密度流(傾斜サーマル)の室内実験を行った。塩水とプラスチック粒子を用いた実験では、新たに購入した画像解析システムを用いて、可視化した密度流フロント部と外部の流速ベクトルを求めた。
5.研究代表者が開発した、固体粒子の巻き上げ、沈降を考慮した煙型雪崩の流体力学的モデルをさらに改良し、固体粒子の粒径分布の効果を解析できるように修正した。このモデルは一様の傾斜角をもつ斜面上を流動する、サーマル型の流動を解析するもので、流速ベクトル、等濃度線、サーマルの流下速度、最大厚さの時間変化を解析できる。
6.4.で得られた塩水サーマルの流速分布、流下速度、最大厚さの時間変化を5.で得られた数値解析によって得られた結果と比較対照し、提案した数値解析モデルによって傾斜面上のサーマル型密度流の流動特性を十分な精度で予測し得ることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] 福嶋祐介, 衛藤俊彦, 石黒慎太郎, 小杉健二, 砂糖威: "発達過程にある吹雪流のk-ε乱流モデルによる流動解析"雪氷(日本雪氷学会誌). 63・4. 373-383 (2001)
• [文献書誌] 福嶋祐介, 田中日出紀: "雪崩シミュレーションに含まれる連行係数の鉛直重力流による評価"2001年度日本雪氷学会全国大会講演予稿集. 80 (2001)
• [文献書誌] 福嶋祐介, 衛藤俊彦, 石黒慎太郎, 小杉健二, 佐藤威: "発達過程にある吹雪の風速分布と飛雪流量分布の数値計算"2001年度日本雪氷学会全国大会講演予稿集. 143 (2001)
• [文献書誌] 福嶋祐介, 衛藤俊彦, 福嶋祐介: "海底渓谷で発生する泥水流のk-e乱流モデルによる流動解析"海岸工学論文集(土木学会). 48. 461-465 (2001)
• [文献書誌] Etoh.Toshihiko, Yusuke Fukushima: "Numerical Analysis of Turbidity Currents Using k-e Turbulence Model"Paper Summaries of 8th International Symposium on Flow Modeling and Turbulence Measurements(FMTM2001), IAHR. 8. 169-170 (2001)
• [文献書誌] 衛藤俊彦, 福嶋祐介: "k-ε乱流モデルによる保存性傾斜サーマルの数値解析"水工学論文集(土木学会). 46(掲載予定). (2002)