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階段状水路は急傾斜地に設置された水路およびダムや堰などの落差を有する構造物から流下する高速流を減勢させる方法として有効である。階段状水路の水理設計のためには階段状水路を流下する空気混入流の水深、流速、エネルギー特性の解明が必要である。従来の研究では、skimming flow(各ステップ隅角部で常に渦が形成される流況)を対象とした空気混入流の流速および空気混入率についての検討があるものの系統的検討はなされておらず、限定された範囲での実験結果が提示されているにすぎない。また、nappe flow(各ステップ隅角部でエアーポケットが形成される流況)についての検討はなされていない。本研究課題は階段状水路のnappe flowの空気混入流特性を解明することを目的としている。
平成19年度の研究実績を以下に示す。
Skimming glowの場合に抵抗係数が最大となる水路傾斜角度θ=19°を対象にnappe flow、 transition flow、およびskimming flowの空気混入流特性について実験的検討を行った。その結果、各流況に対する空気混入率分布および流速分布の特徴が示された。また、skimming flowに適用していた空気混入流のエネルギー評価法をtransition flowおよびnappe flowに拡張することに成功し、nappe flow、transition flow、およびskimming flowの空気混入流のエネルギーの大きさを明らかにした。水路傾斜角度θ=19°の各流況での空気混入流のエネルギーの大きさを解明したことで、広範囲な流量規模のもとで空気混入流の水深および流速を求めることが可能となった。
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