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本年度は、1.移動床上に置いた球の移動限界掃流力の計測実験、ならびに、2.均一な球状粗面上の流れにさらされた球に作用する流体力の計測実験を実施するとともに、1.においては、運動力学的な観点から、ピックアップレートの条件付き限界掃流力式の誘導を試みた。なお、1.は主として中野が、2.は岡部が担当した。以下、1.および2.の内容と得られた主要な成果について箇条書きに記述する。
1.移動限界掃流力について:
(1)基礎的実験として、一様粒径のガラス球で作った固定床粗面上に種々の露出度で置いた球(直径は粗面要素の2〜4倍)の露出度別移動限界掃流力を計測した。後者は前者のおおむね1/3乗に比例して変化するようである。また、この問題に対し、転動離脱を仮定した理論展開を行ない、限界掃流力を定式化し、この妥当性を実験結果との比較で検証した。
(2)混合砂礫移動床上で(1)と同様な実験を行った。固定床の結果と定性的には一致する結果となったが、移動床上では転石の沈み込みの効果が無視できないことが明らかにされた。また、限界掃流力の定式化においても離脱過程を単純な転動モデルから変更する必要がある。
2.流体力の特性について:
(1)上記の固定床上で粒径比と露出度を多様に変化させつつ、抗力と揚力の直接・同時・連続計測を行った。定格500grfの微小荷重計を用いた。
(2)抗力係数と揚力係数はともに露出度の単調減少関数であるが(代表流速は球中心位の流速)、粒径比や相対水深の変化には鈍感である。
(3)抗力と揚力の変動は、正規分布よりやや偏平な密度分布に従う。変動係数は、露出や流れの条件によってさほど変化しない。
(4)抗力の変動のパワースペクトルは周波数の5/3〜2乗に比例して減少するが、揚力のそれは有帯ホワイトノイズに類似している。
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