2020 Fiscal Year Research-status Report
跳水内部の空気混入と流速の特性に対する模型縮尺の影響
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19K04624
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
高橋 正行 日本大学, 理工学部, 教授 (10318363)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 跳水 / 射流 / 相似則 / エネルギー減勢構造物 / 模型縮尺の効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，スルースゲート下流側に形成される跳水を対象とし，系統的実験によって跳水の流況および跳水内部の流速や空気混入特性に対する模型の縮尺効果を明らかにするとともに空気混入メカニズムを明らかにすることを目的としている．すなわち，跳水の流況や跳水内部の流速や空気混入率に対するレイノルズ数の影響を実験的検討によって示し，これまで曖昧に表現されていた「模型の縮尺効果」を明確にする．ゲート下流側の跳水の水理特性を明らかにするためには，ゲート下流側の射流の水理特性に対するレイノルズ数の影響の解明が必要である．
令和２年度は，ゲート下流側の射流の流速特性に対するレイノルズ数Re[=V_0h_0/ν，h_0は縮流部の水深，V_0は縮流部の断面平均流速，νは水の動粘性係数]の影響を調べるため，縮流部のフルード数Fr_0[=V_0/(gh_0)^(0.5)]を一定(Fr_0=8)にし，レイノルズ数Reの大きさをRe=3×10^4～9×10^4の範囲で系統的に変化させ，射流の流速分布・乱れ強さを検討した．その結果，ゲート下流側の乱流境界層が発達中（developing flow）の場合の流速特性の一つである形状係数H_(12)については，空気流中の平板上の乱流境界層の場合と同様な値となっていることが示された．また，与えられた縮流部フルード数Fr_0と相対距離x/h_0に対して，無次元化された乱れ強さの分布に対するレイノルズ数の影響は認められなかった．さらに，Re=9×10^4の場合，解析的に求めた水面形と乱流境界層厚は実験値と比較し概ね一致することを実証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
スルースゲート下流側に流出される射流を対象に乱流境界層の発達状態と水深の変化を解析的に求める方法の開発を試み，与えられた縮流部のフルード数Fr_0=8かつレイノルズ数Re=9×10^4の場合に，解析的に求められる射流水深と乱流境界層厚との値とそれらの実験的に求められる値とがほぼ一致することを示すことができた．また，Re=3×10^4～9×10^4の範囲では，developing flowの無次元化された流速分布，乱れ強さ分布，水面変動の特性に対するReの変化の影響は認められないことを明らかにできた．しかしながら，与えられたフルード数Fr_0に対してレイノルズ数Reを系統的に変化させた場合の実験的検討については，Re<3×10^4の範囲についての実験的検討が残されている．令和３年度は，Re<3×10^4の場合のゲート下流側の射流の流速分布・乱れ強さ・水面変動の特性を検討する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
スルースゲート下流側の射流の特性に対するレイノルズ数Reの影響を調べるため，縮流部のフルード数Fr_0を一定にし，レイノルズ数Reの大きさを系統的に変化させ，射流の流速分布・乱れ強さ・水面変動の特性を検討する．このため，令和３年度については，縮流部のフルード数Fr_0=8の場合を対象に，レイノルズ数の大きさをRe=10^4から10^5程度まで系統的に変化させ，ゲート下流側の射流の水理特性を実験的に明らかにすることを予定している．平成３１年度の予備的に行ったレイノルズ数が小さい場合の実験によって，レイノルズ数Reの減少にともない，射流水面の凹凸と変動が十分に大きくなるために必要な距離については大きくなる傾向が認められている．この予備的実験で得られている知見を反映させ，ゲートから十分下流側の断面での射流の流速特性を明らかにするため，レーザー流速計を移動させるために必要なレールの延伸を令和２年度に完了しており，レーザー流速計を用いた実験的検討を実施することを予定している．
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| Causes of Carryover |
理由：令和２年度に参加を予定していた国際会議がCOVID-19の影響で延期となった．その結果，次年度使用額が生じた．
使用計画：参加予定であった国際会議が令和３年度に延期されたことから，国際会議に参加するための費用として令和３年度に支出する計画である．
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Research Products
(1 results)
