開水路粗面及び移動床上の組織乱流に関する研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63550372
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 禰津 家久 京都大学, 工学部, 助教授 (30109029)
• 研究分担者: C W Knisely 京都大学, 工学部, 講師 (40197629)
• キーワード: 乱流 / 河川乱流 / 組織乱流 / 粗面乱流 / レ-ザ-流速計 / バ-スト現象 / 粗度急変流れ

研究概要

約20年前に滑面乱流境界層流れの壁面近傍にバ-スト現象が発見され、これが乱れエネルギ-の発生機構であり、組織立った渦構造をもつものとして流体力学の分野で注目され、現在、「組織乱流」と命名されて精力的に研究されている。滑面開水路流れにも同様なバ-スト現象が存在することが筆者ら(J.Fluid Mech.,1977)、によって解明されたが、粗面乱流さらには移動床上での組織乱流の構造は、現在でも不明な点が多い。
本年度は、河床条件が滑面から粗面あるいは逆に粗面から滑面へ急変する開水路流れの乱流構造や組織乱流への解明へと研究を発展させた。
その結果、バ-スト周期は、水床と最大流速とで支配させるという外部変数依存性が確認された。
レ-ザ-流速計を固定位点での、組織乱流の検出器として使用し、ホットフィルム流速計を移動プロ-ブとしてサンプリング器として同時に計測し、組織乱流の時間・空間構造を解明した。
最後に、以上の実験室で得られた知見がレイノルズ数が大きい実河川にも適用できるかを検討する目的で、京都市を流れる琵琶湖疏水の乱流構造を電磁流速計で実測した。その結果、実験室で得られた特性が普通表示を行えばレイノルズ数が10^610^7程度の実河川までスケ-ルアップして適用できることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] Nezu,I.and H.Nakagawa: "Trubulent Structure of Backward Facing Step Flow and Coherent Vortex Shedding form Reattachment in OpenーChannel Flows." Turbulent Shear Flows,SpringerーVerlag. 6. 313-337 (1989)
• [文献書誌] 禰津家久: "水理学における乱流の動向" 日本流体力学誌. 8. 106-120 (1989)
• [文献書誌] Nezu,I.and H.Nakagawa: "Accurate Measurements of SpaceーTime Correlations of Coherent Vortex behind Dunes in Turbulent OpenーChannel Flows with Combination of Laser Doppler Anemometer and HotーFilm Anemometer." Proc.of Workshop on Instrumentation for Hydraulic Laboratories,Canada Centre for lnland Waters/IAHR,Burlington,Canada. 29-44 (1989)
• [文献書誌] Nezu,I.,H.Nakagawa: "Significant Difference between Secondary Currents in Closed Channels and Narrow Open Channels." Proc.of 23rd Congress of IAHR,Ottawa. A. 125-132 (1989)
• [文献書誌] 禰津家久,中川博次: "開水路粗度急変流れの乱流構造とバ-スト 現象に関する研究" 第21回乱流シンポジウム論文集. 270-274 (1989)
• [文献書誌] 禰津家久,中川博次,瀬谷和彦,鈴木康弘: "開水路粗度急変流れの流速分布及び河床せん断応力の応答特性" 水工学論文集. 34. 550-510 (1990)
• [文献書誌] 禰津家久(分担執筆): "土木工学ハンドブック" 土木学会(編), 2683 (1989)