風波乱流場における物質移動機構および乱流構造に関する研究

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04J01153
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 丹野 賢二 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Keywords: 地球温暖化 / 二酸化炭素 / 大気海洋間の物質移動 / 物質移動係数 / 風波 / 吹送距離 / 気液界面 / せん断流

Research Abstract

地球温暖化の正確な予測を行うためには、地球表面の約7割を占める海洋と大気との間での温暖化物質や熱の交換量を正確に評価する必要がある。そこで、本研究では風波水槽を用いた室内実験を通して、風波気液界面を通しての物質移動量、およびその物質移動機構を明らかにすることで、二酸化炭素を始めとする温暖化物質のより精度の高い物質交換モデルを構築することを目的としている。現在、大気・海洋間を通しての物質移動量を評価する際には、物質移動係数を風速のみで相関した物質移動モデルが用いられている。しかし、物質移動係数を現実の海洋で測定した場合、それらの測定値には非常に大きなばらつきが見られる。そのような測定値のばらつきの原因として、吹送距離の違いが大気・海洋を通しての物質移動に影響を与えている可能性が指摘されている。しかし、吹送距離の違いが風波気液界面を通しての物質移動に与える影響は未だ明らかにされていない。
そこで本年度は、吹送距離の異なる風波水槽の上流部と下流部において局所的な物質移動係数を測定することで、風波気液界面を通しての物質移動が吹送距離の違いによってどのように変化するかを調査した。以下に、本年度得られた結果を列記する。
●物質移動係数を風速のみで整理した場合、上流域と下流域ではその分布形は異なる。この結果は、物質移動係数を風速のみで相関している現在の物質移動モデルが誤りであることを示している。
●波の崩壊を表す無次元パラメータであるR_Bを用いて上流域と下流域での物質移動係数を整理した場合、それらの分布形は比較的よく一致した。しかし、それらの分布形は完全に一致したとは言いがたい。
今後は気液界面を通しての物質移動機構をより詳細に明らかにすることで、新たな物質移動モデルを構築する必要があると考えられる。現在、これらの結果に基づいた論文を執筆中である。