風水洞における自由表面影響を考慮した海上風境界層制御に関する実験的研究

考虑自由面效应的海上风边界层控制风洞试验研究

• 批准号: 20K04952
• 负责人: 佐藤 宏
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04952/
• 关键词: 海上風; 風水洞; 自由表面影響; 境界層制御; 波浪中

自由表面影響を考慮した風速の鉛直プロファイルを作成するため、変動風水洞で平水中の風速分布計測を行ない、海上風を模擬した風速の鉛直プロファイルを再現するための技術検討を行った。水深1.5mの状態で変動風水洞の基本特性を調査するため、定常風（5、15、25m/sec）の鉛直方向の風速分布計測を水槽先端から4.5、7.5、10.5mの3か所で水面下10～1200mm（水面付近は詳細）で計測を実施した。計測は水面付近の乱流を計測するため100KHzで収録、また、水面付近への風の流入角度を調整するための可動床の傾斜角度を5、10degの2種類で計測し、風速影響、計測位置による影響及び可動床の傾斜角度影響を調査した。海上風の風速を表現するべき法則（1/7乗）による鉛直分布を再現する方法として粗度部材を用いた手法の検討を行った。粗度部材には45、90mmの角材を可動床に設置した。また、自由表面が風速に及ぼす影響を調べるために、規則変動風（平均風速、15m/sec、変動周期30、50sec、変動振幅を±25、50％）を用いて風速分布の計測を行なった。定常風による風速分布の計測結果では、計測の前後位置の違いにより水面上300mmの高さ付近まで風速の無次元値に差が生じたが、それ以上ではほぼ同じ値となった。可動床の角度による大きな差も見られなかった。粗度部材を用いた計測では可動床の傾斜角度が5deg、粗度部材90mmの場合に海上風の鉛直分布を表現した1/7乗則に最も近い結果が得られた。最後に実施した変動風の計測では、自由表面の有無が風速に及ぼす影響を調べた。その結果、水面上100mmの高さでは自由表面のある場合がない場合に比べ平均40％小さくなった。本計測は使用した粗度部材のサイズは2種類であり、もう少し詳細な検討が必要である。更に、今回は平水中での計測であったため波浪中での計測も必要であると考えられる。

A technical discussion was conducted on how to create a vertical profile of wind speed taking into account the influence of free surfaces, how to measure the wind speed distribution in flat water using a variable wind tunnel, and how to reproduce a vertical profile of wind speed by simulating sea wind. Investigation of basic characteristics of dynamic wind tunnel at water depth of 1.5m, measurement of vertical wind speed distribution of steady wind (5, 15, 25m/sec), measurement of water depth at water tank tip of 4.5, 7.5, 10.5m and 10~1200mm below water surface (close to water surface). Measurement of turbulence near the water surface at 100 KHz, recording, adjustment of wind inflow angle near the water surface, measurement of inclination angle of movable bed at 5 and 10 degrees, influence of wind speed, influence of measurement position and influence of inclination angle of movable bed were investigated. The method of reproducing the vertical distribution of the wind speed at sea according to the law of 1/7 ° and the method of calculating the thickness of the wind speed by using the method of the middle part are discussed. The thickness of the material is 45 mm and 90 mm, and the angle material is set on the movable bed. Free surface wind speed and its influence are regulated, and regular fluctuating wind speed (average wind speed, 15 m/sec, fluctuating period, ± 25, 50%) is used to measure wind speed distribution. The measurement results of wind speed distribution in steady wind are different from those in front and back of the measurement. The difference between wind speed and non-dimensional value occurs at the height of 300 mm above the water surface. The angle of the movable bed is large and the difference is small. When the inclination angle of the movable bed is 5 deg and the thickness of the movable bed is 90 mm, the vertical distribution of the sea wind is 1/7 deg, and the results are the closest. Finally, the measurement of dynamic wind, the presence or absence of wind speed and the influence of wind on the free surface are adjusted. The result is that the water surface is 100 mm high and the free surface is 40% smaller than the average. This test uses two kinds of coarse parts, one kind of coarse parts and one kind of coarse parts. And now, in the water, it's necessary.