乱流制御法の開発とその土砂・物質輸送問題への応用

1986 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 60850100
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中川 博次 京大, 工学部, 教授 (60027216)
• 研究分担者: 清水 義彦 京都大学, 工学部, 助手 (70178995) ; 村上 正吾 京都大学, 工学部, 助手 (70166247) ; 辻本 哲郎 金沢大学, 工学部, 助教授 (20115885) ; 冨永 晃宏 群馬大学, 工学部, 助手 (60135530) ; 祢津 家久 京都大学, 工学部, 助教授 (30109029)
• キーワード: 開水路乱流 / 組織渦 / 剥離流 / 乱流制御 / 混合局 / 再付着点特性 / レーザー流速計

研究概要

1.まえがき
本年度の主要な研究目的は、開水路段落ち剥離流れの乱流構造とその再付着点から放出される組織渦の動特性を明らかにすること、および、開水路合流部での組織渦の水理挙動とその乱流別御法の開発である。
2.開水路段落ち剥離流の乱流構造に関する研究。
堰や水門などの水理構造物の周辺や河床波の背後には剥離流が形成される。高いせん断局ができるためにKelvin・Helmhceltzの不安定性によって剥離渦が発生し、再付着点付近からは大規模な組織渦が発生して自由水面まで及びボイル渦になるものと考えられる。これらの渦は物質の拡散や土砂の巻き上げの主原因となるから、乱流構造とともに組織渦の動特性を解明することが重要である。本研究は、レーザー流速計を駆使して、逆流域をも含む開水路段落ち剥離流の乱流構造を運動量式に基づいて解明した。再付着点はその時間平均置から段落高の50%も前後に伸縮することがわかり、このため再付着点付近から組織渦が吐き出され、ボイル渦になることが速度と圧力との相関解祈から明らかにされた。
3.開水路合流部の組織渦の特性てその制御工法の開発
開水路合流部の混合局には組織渦が発生し、周囲流体を連行しながら発達し、合体して乱流混合に多大な寄与を及ぼす。本研究は、可視化法及び点計測法を用いて混合局での組織渦の水理挙動を流速比及び外部撹乱を与えることによって検討し、その乱流制御法を開発して物質の乱流拡散の制御を試みたものである。その結果、流速比が大きいほど組織渦の発生は盛んであること、低周波振動を与えると合体が促進され、乱流拡散は盛んになるが、高周波振動を与えると逆に合体はほとんど見られず、単列渦となり、乱流拡散は抑制されることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] 祢津家久,中川博次: 土木学会論文集. 369号. 89-98 (1986)
• [文献書誌] Nezu, I. Rodi, W.: Journal of Hydroulic Engineering. ASCE. 112. 335-355 (1986)
• [文献書誌] 祢津家久,中川博次: 京都大学防災研究所年報. 29号B-2. 647-673 (1986)
• [文献書誌] Nezu, I. Nakagawa, H.: Proc. 3rd Azian Congress of Fluid Mechanics. 3回. 146-149 (1986)
• [文献書誌] 祢津,中川,天野,藤本: 第31回水理講演会論文集. 31回. 413-418 (1987)
• [文献書誌] Nakagawa, H. Nezu, I.: Journal of Hydroulic Research. 25. 67-88 (1987)
• [文献書誌] 中川博次,辻本哲郎: "移動床流れの水理" 技報堂出版, 310 (1986)