| 研究課題/領域番号 |
18H01592
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
大風 翼 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (40709739)
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| 研究分担者 |
大宮 哲 国立研究開発法人土木研究所, 土木研究所(寒地土木研究所), 研究員 (60718451)
新屋 啓文 新潟大学, 研究推進機構, 特任助教 (80794982)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 吹雪 / ラージ・エディ・シミュレーション / 風洞実験 / 野外観測 / 吹きだまり / 境界層 / ハイスピードカメラ / スプラッシュ |
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| 研究実績の概要 |
１）飛雪モデルのプロトタイプの構築：流れ場と雪粒子の運動量交換を記述する項の理論的構築、定式化を行った。続いて、乱流変動を高精度に予測可能なLarge-eddy simulationの運動方程式の付加項として流体側のプログラムに実装した。同時に、雪粒子の輸送を表現する運動方程式に、流体側の付加項の反作用を表現する項として、粒子側のプログラムに実装した。雪粒子の輸送は、個々の粒子を追跡する個別運動モデルを用いて表現した。最後に、両プログラムを連成させるインターフェイスを開発し、飛雪モデルのプロトタイプを確立した。
２）吹雪風洞実験：防災科学技術研究所の新庄雪氷環境実験所の低温風洞を用いて、吹雪風洞実験を実施した。地吹雪を十分に発達させた地点において、2台のハイスピードカメラを用いて吹雪の様子を撮影した。撮影した画像は，飛雪のない状態で撮影した画像との差分を算出した上で、白黒に2値化し、粒子の重心を算出した。続いて、Particle Tracking Velocimetry（PTV）により、雪面への衝突粒子、衝突後の反発粒子、はじき出されたSplash粒子の挙動を取得した。
３）吹雪境界層を対象とした野外観測：北海道川上郡弟子屈町の雪原において、吹雪境界層を対象とした野外観測を実施した。3次元超音波風速計とSnow Particle Counterを4高度に設置し、地吹雪発生時の流れ場の乱流統計量及び粒子質量流量の高度分布を取得した。１）で開発した飛雪モデルの妥当性検証のためのデータ取得のほか、2019年度以降に実施する本観測において、機器を設置する地点、高さ検討のための予備的観測を兼ねており、取得したデータを分析し、本観測の計測条件について検討を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
記録的少雪により３）の野外観測において、計測器は当初の予定通りの期間設置したものの、飛雪モデル検証のために有効なデータが十分取得できなかったため。
２０１９年度に、観測の期間を、当初の予定よりも拡張し、データの拡充に努める予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
１）吹雪風洞実験：2018年度に実施した風洞実験と同様の設備を用い、より強風にした風洞実験を実施し、飛雪モデル検証用のデータを拡充させる。
２）野外観測：2018年度に続き、北海道川上郡弟子屈町にて、吹雪境界層を対象とした野外観測を実施する。3次元超音波風速計とSnow Particle Counterは、2018年度の観測結果より、高さ1.0、1.5、3.0、7.0 mの4高度に設置する。さらに、この測定地点近傍に、高さ1.0 mの充足率100%のフェンスを卓越風向に直交するように設置し、吹雪ある1イベントについて、フェンス周辺に形成される吹きだまり形状の把握と、吹きだまり内部の積雪密度、硬度等の計測を行う。吹きだまり形状は、UAV（ドローン）を用いた空撮画像から、画像解析により推定する。
３）飛雪モデルのプロトタイプの検証：飛雪モデルを用いて、2018年度に実施した、或いは、2019年度実施する低温風洞実験を対象とした解析を行い、雪面からの粒子射出に係るSplash過程のモデル係数のチューニングを行う。続いて、吹雪境界層の野外観測を対象とした解析を行い、レイノルズ数依存性のあるモデル係数について検討する。並行して、野外観測日を対象に、計測した風速、雪の空間密度の鉛直分布を目標値として、乱流構造を考慮した風速及び雪の空間密度の時系列変動を生成する。これを流入境界条件として、本研究で開発した飛雪モデルによりフェンス周辺の吹きだまり再現解析を行い、飛雪モデルの構造物周辺の吹きだまりの予測精度を検証するとともに、吹きだまり形成過程の分析を行う予定である。
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