2020 Fiscal Year Research-status Report
Darcy/Navier-Stokes連成流れの解明とベンチマーク実験
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19K22346
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
藤澤 和謙 京都大学, 農学研究科, 准教授 (30510218)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | ダルシー流れ / ナビエ・ストークス流れ / 室内実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，Darcy／Navier-Stokes連成流れ（以下，Darcy／NS連成流れと称する）について実験をベースとして研究を進めることにある．Darcy／NS連成流れとは，多孔質体中の浸透流（ダルシー流れ）と流体のみによって占められた領域（流体領域）の流れ（ナビエス・トークス流れ）が同時に生じる流況を意味する．例えば，堤防を越流した河川水が堤防表面（流体領域）を流下すると同時にその内部（多孔質体）へと浸透する流れや，自然斜面に存在している亀裂・空洞部（流体領域）に雨水が流入しながら，斜面内部（多孔質体）へと浸透する流れなど，水と土が接触する状況においてDarcy／NS連成流れは頻繁に発生する．
この研究の中では，従来は別々に研究されてきた異なる二つの流れを接続する現象物理の基礎研究を深化させ，学祭的に利用される研究成果の発信を目論んでいる．実験では，円筒形状の水路を用い，主流方向に対して軸対称にすることで，面的な計測によって全体の流況を把握する．
当該年度は，樹脂で砂を固化することで実験に用いる供試体を作成し，その供試体の基礎物性（樹脂を含む他密度や間隙率）の計測により，実験準備と実験装置の両者を完成させた．準備した実験装置を用いて実際の実験にも取り組み，円筒供試体回りの流れの計測に成功した．しかし，供試体からのレーザーの反射によりPIV計測がうまくできない領域が存在しており，この課題について改善策を検討している．また，本研究課題では数値計算も行うが，数値計算については，Navier-Stokes流れと不飽和領域を含むDarcy流れの連成計算プログラムの拡張を実施した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当該年度においては，当初はDarcy／Navier-Stokes連成流れの計測実験を重点的に行うことを予定した．実験装置の作成が遅れたことから，当初の計画よりやや実験の実施計画が遅れているものの，作成した実験装置を利用したDarcy／Navier-Stokes連成流れのPIV計測は実施できている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では，Darcy／Navier-Stokes連成流れの高精度計測ならびにDarcy／NS連成流れ計算の検証を遂行することを目指している．現在，実験装置の作成が，やや遅れながれも完成し，当該年度には実験を実施し，計測データを取得した．今後は，実験装置の改良に加えながら，計測データの取得を続ける．数値計算については順調にコーディングが進んでおり，より精度ある実験データを取得し，数値計算との比較を進める．これにより，これまで実験的検証が進んでいなかったDarcy／Navier-Stokes連成流れに関して，新規計測データを提供するとともに，数値計算の精度を明らかにする．
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| Causes of Carryover |
当該年度は実験装置の作成を終え，実験に取り組むことができた．しかし，新型コロナウイルス感染拡大の影響により，学生と一緒に行う実験の実施が遅れ，実験装置の改良に予定した経費を使用することができなかった．次年度も実験を継続するため，その際に実験装置の改良も併せて実験実施を予定する．
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