| 研究概要 |
二重拡散自然対流は重力場で温度差ならびに溶質濃度差の二つの原因から密度差が生じ浮力となって流れが発生・持続するもので,工学あるいは環境的ないろいろな場でこの現象が存在する.環境問題では河川,湖水,海洋などへの工場廃水の流入,煙突からの煙,大気中への有害ガスの流出,都市の温暖化等でこの現象の存在が考えられる.これらの現象は熱と物質の移動を伴うが,それらの拡散の速さは異なるので,河川,湖水,海洋,大気などにおける汚染物質は二重拡散による複雑な移動現象を示す.ここでは計算及び実験により汚染物質の移動メカニズムを二重拡散の面から検討した.(1)工場排水や海水が河川に流れ込むとき,その密度差が大きいと塩水は河川水の下に潜り込み塩水楔ができ環境に大きな影響を与えることがある.また熱塩水の場合は河川水の上に流れ込む場合もある.冷水の入った長方形容器内に温塩水が存在する系での二重拡散自然対流の数値解析を行い,塩水楔における二重拡散現象を検討した.静止系では三次元的なフィンガーや熱プルームができたが,流動系では二次元的なフィンガーや熱プルームとなった.(2)煙が垂直に大気中へ放出されるときの二重拡散現象の数値解析を行った.その結果,上空で二重拡散特有の煙の乱れが見られた.また密度成層下における熱プルームでは上昇プルームの外側に下降流ができた.(3)水の入った容器の上面中央下に水より密度の低い高温の水溶液塊を置いたとき,まず溶液は浮力により水面下に広がる.その後,熱が拡散し周囲の水より重くなると下向きにフィンガーと呼ばれるプルームができ落下する.このような現象は湖沼や海洋での廃液の投棄などで発生する.このフィンガー現象を3次元数値解析した.その結果,軽い温排水は温度浮力による広がりとフィンガー現象で汚染物質は広く拡散した.
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