2004 Fiscal Year Annual Research Report
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16540402
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
烏谷 隆 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (30150527)
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| Keywords | 対流 / 混合層 / 乱流 / 交換過程 / 熱輸送 / 筋状構造 / 大気-海洋境界面 / 安定成層 |
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| Research Abstract |
大気・海洋境界近傍には風による剪断応力や温度差による浮力を駆動力とする対流が活発でよく混合された層(混合層)が生じる。安定成層している時には、鉛直方向の乱れを抑制するため、対流の発達過程や乱流構造に大きな影響が予想される。大気-海洋間の熱や物質の交換はこの混合層を通して行われるため、交換過程を理解することを目的として混合層の特性を調べた。
研究方法としては、回流水槽を用いた実験的方法と、数値計算によるシミュレーションを行った。
1.回流水槽による実験
深さ40cmの水槽を3段に分け、各段にヒータを配し、それぞれ独立に温度制御することにより、成層をなすように改修した。下部の段ほど低い温度に設定し、安定成層となるようにした。これまでの改修では、高温の上段が速く流れる傾向があり、速度に7%程度のムラあるので改良の必要がある。
乱れの計測では、段内では温度は一様であるため、段内での速度・温度変動の統計量には中立の時との違いはない。しかし、段の境界部では速度の鉛直方向成分の乱れは小さくなり、水平方向成分の乱れは大きくなった。落下してきた低温の水塊が境界部で横に広がっているように見える。
2.数値計算
変動の統計量についてDNSによる中立状態での計算値と比較した。その結果、乱れの強度と鉛直分布について良い一致を見た。横断方向の流れの構造に関しては、水面近傍での速度に関する境界条件が重要であり、可視化実験で見られる筋状の構造を生じるためには剪断条件が必要であると思われる。
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