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2015 年度 実績報告書

水面波を伴う開水路流れにおける界面ガス交換プロセスの解明と実用モデルの提案

研究課題

研究課題/領域番号 25420521
研究機関京都大学

研究代表者

山上 路生  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80362458)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード界面発散モデル / 開水路ガス輸送 / 底面マクロ粗度 / 乱流輸送
研究実績の概要

開水路の自由水面を介するガス輸送は河川水質の保全において重要な役割をもつが,ガス輸送速度や再ばっ気係数の実測は難しく信頼性の高い予測モデルの構築が求められている.最終年度では前年度までに提案した修正型界面発散モデル(修正SDモデル)の物理的解釈を行うとともに,2次流の影響が大きい高水深ケース(小アスペクト比)について重点的に計測を行い,修正SDモデルの適用性能を検証した.また周波数帯のガス輸送フラックスへの寄与特性を発散値のパワースペクトルに基づいて評価し,低周波数帯の界面発散がガス輸送を支配することを定量的に示した.従来のSDモデルでは水深が変化すると比例定数が変わる問題があるが,修正SDモデルでは積分スケール渦の効果を組み込んでいるため,2次流のような水深スケール運動が発達するケースを含めた広い水理条件に対して統一的なスケーリングが可能となり,開水路乱流場におけるガス輸送速度の予測精度の向上につながった.

研究期間全体を通じて,幅広い水理条件における界面ガス輸送特性を高精度の乱流計測を実施して調べた.特に界面発散値の計測を開水路乱流で行った例は国内外でもほとんどなく貴重なデータが得られた.また底面粗度の存在は水面乱流場に大きな影響を及ぼすことも明らかになり,従来の平均流速を用いたガス輸送係数の評価法は不十分であることを指摘した.さらにこの課題を克服するために,界面発散モデルを修正した新しいモデルを提案し,実験定数を求めた.この新モデルは,底面の粗滑に関係なく適用できることを検証した.さらに水面波が存在する場合のステレオ式発散値計測法についても一定の見通しをつけた.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] 開水路桟粗度流れにおけるガス輸送速度のモデリングに関する基礎研究2016

    • 著者名/発表者名
      山上路生・後藤慎弥・岡本隆明・髙橋和矢
    • 雑誌名

      水工学論文集

      巻: 60 ページ: I_967-I_972

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Contribution of surface divergence to gas transfer velocity in open-channel flow with strip roughness2016

    • 著者名/発表者名
      M. Sanjou, T. Okamoto, S. Gotou & K. Takahashi
    • 雑誌名

      proc.of riverflow 2016

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fundamental study on mixing layer and horizontal circulation in open-channel flows with rectangular embayment zone2016

    • 著者名/発表者名
      M. Sanjou and I. Nezu
    • 雑誌名

      Journal of Hydrodynamics Ser.B (in press)

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水面流速発散理論にもとづく開水路乱流におけるガス輸送現象 に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      山上路生、岡本隆明
    • 雑誌名

      土木学会論文集B1(通常号)

      巻: 71(3) ページ: 72-87

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 開水路乱流の自由水面における流速発散に及ぼす桟 粗度の影響2015

    • 著者名/発表者名
      山上路生、髙橋和矢、戸田圭一
    • 雑誌名

      土木学会論文集B1(通常号)

      巻: 71(1) ページ: 1-10

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Relationship between Surface Velocity Divergence and Gas Transfer in Open-channel Turbulent Flows2015

    • 著者名/発表者名
      M. Sanjou and T.Okamoto
    • 雑誌名

      Proc. ACCMES2015

      巻: 2 ページ: 429--436

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Contribution of surface divergence to gas transfer velocity in open-channel flow with strip roughness2016

    • 著者名/発表者名
      山上路生
    • 学会等名
      Riverflow2016
    • 発表場所
      アメリカ・セントルイス
    • 年月日
      2016-07-12 – 2016-07-15
    • 国際学会
  • [学会発表] 開水路桟粗度流れにおけるガス輸送速度のモデリングに関する基礎研究2016

    • 著者名/発表者名
      岡本隆明
    • 学会等名
      第60回水工学講演会
    • 発表場所
      仙台市
    • 年月日
      2016-03-14 – 2016-03-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Relationship between Surface Velocity Divergence and Gas Transfer in Open-channel Turbulent Flows2015

    • 著者名/発表者名
      山上路生
    • 学会等名
      ACCMES2015
    • 発表場所
      Osaka
    • 年月日
      2015-08-26 – 2015-08-28
    • 国際学会
  • [学会発表] 桟粗度を有する開水路におけるガス輸送モデルに関する基礎的研究2015

    • 著者名/発表者名
      後藤慎弥
    • 学会等名
      平成27年度土木学会関西支部年次学術講演会
    • 発表場所
      摂南大学
    • 年月日
      2015-05-30 – 2015-05-30
  • [図書] River basin management (chapter: Turbulence diffusion mechanism in Submerged Vegetatison Flow)2016

    • 著者名/発表者名
      M. Sanjou
    • 総ページ数
      20
    • 出版者
      intech

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公開日: 2017-01-06  

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