2014 Fiscal Year Research-status Report
水面波を伴う開水路流れにおける界面ガス交換プロセスの解明と実用モデルの提案
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25420521
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山上 路生 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80362458)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 界面発散モデル / 開水路ガス輸送 / 底面マクロ粗度 / 乱流輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度で見通しをつけた水面PIV法によって複数の水理条件における水面発散値のデータを得た．特に底面のマクロ粗度のガス輸送現象への影響を考察するため，実験ケースは流速，水深だけでなく粗度の主流方向間隔を幅広く系統変化させた．本システムにより各ケースの水面流速発散値の時間空間分布が獲得でき，これを統計処理して発散強度を計算できた．また水深方向にレーザーライトシートの照射高さをかえたところ、ここで扱った実験ケースに限っては粗度による発散分布の局所性は水面付近においてはみられなかった．同時に２台の溶存酸素計（DO）計を用いたガス輸送速度の評価を行った．さて実験室でゃ亜硫酸ソーダによって水路をあらかじめ脱気させておくとDO値の時系列変化よりガス輸送速度が計算できる．これは一般的な手法であるが，水温制御等，きわめて慎重な実験操作が要求される．一方で発散強度はPIVによる流速分布より微分演算で比較的シンプルに求められるため，この値によってガス輸送速度が予測できれば実用上の価値が非常に大きく，この点が本研究の推進動機となっている．本年度は実験室スケールにおいてPIVによって得られた発散強度とDOの時系列計測によって得られたガス輸送速度の対応関係を調べ，新SDモデルの検証を行った．滑面ケースや底面植生流れのケースですでに得られている新SDモデルは、今回対象とした桟粗度流れにおいても適用できることが確認できた．次のステップでは２次流の影響や水面波の影響を考慮しより一般性の高いモデルへ拡張する．
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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
新SDモデルを桟粗度流れに適用することができ，代表者のモデルの有用性がうまく証明された．実験水路のポンプが故障するトラブルもあったが速やかに復旧でき、計画どおりに実験も進めることができた．本研究の一部を海外ジャーナルに投稿することもでき、本プロジェクトはおおむね順調と考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
新しい界面発散モデルは実験室レベルではある程度の見通しがつけた．今後の研究では、下記の課題を完遂したい．
・２次流による渦輸送のモデリングと新モデルへの組み込み
・水面波の影響の実験的な解明と新モデルへの組み込み
・小河川への適用
これらが達成できれば、大きな目的であるガス輸送速度の実用化が可能となる．
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| Causes of Carryover |
本年度の研究プロセスの中で、より実用性および信頼性の高いガス輸送モデルを提案するためには、高速流まで検証する必要があることに気付いた。当初予定の水理条件に加えて、高速流のケースを追加実験することにしたが、そのためには現有の光学システムでは光量不足で高精度の流速計測が難しいという課題に直面した。
そこで、計測システムを抜本的に見直し、レーザー光学部品や光源、カメラレンズ類に財源を優先的にあてることにした。このため次年度使用額が生じた次第である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
高速流を計測するために、より高い光量を提供するデバイス環境を整備する。そのための光学類、カメラレンズ類、ファイバーケーブル等の購入を検討している。
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