| 研究概要 |
前年度までの水制群を対象とした検討より,流れ場の微細な構造が浮遊砂の保持機構に影響することが示唆されたことから,本年度は,1)前年度の越流型不透過水制群のPIV実験結果に対する再検討,2)運動方程式を用いた浮遊砂輸送の直接数値計算モデルの開発という2点を中心に研究を行うことで,流れの構造に対する浮遊砂の応答を直接的に解明することを試みた.前者の実験結果の再検討では,3次元での流速成分の推定にMASCONモデルを適用し,平面2次元的実験結果から越流水制周辺での3次元的な流れ場の構造を再構成することを試みた.これにより得られた3次元流れ場と,PIV時の相関係数(鉛直方向の粒子運動の活発さを示すと仮定)の分布を比較することで,横断方向軸周りの渦度の強い領域において,浮遊砂のような沈降性粒子の鉛直方向の輸送が活発であることが示された.また後者のモデル開発では,乱流中の粒子の挙動を直接記述する運動方程式を適用することで,前年度までのランダムウォークモデルのような統計的振る舞いでない,解像された渦構造に対する直接的な粒子挙動の追跡を試みた.前者の実験モデルの再検討結果と後者の直接的粒子挙動モデルの結果を比較したところ,浮遊砂のような沈降性粒子の鉛直方向への輸送の活発さは,沈降性の粒子が渦構造の周辺において,鉛直下向きの流れに沿って偏好的に輸送されていることによる可能性が示された.これらの結果から,3次元性が卓越する構造物周辺での浮遊砂の挙動を検討,モデル化する際は,単純な沈降速度や均一的な拡散に着目するのみでなく,重力方向の指向性を考慮すべきであることが示された.
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