なぜそこに塩が付着するのか？塩分粒子挙動の物理から考える橋梁の腐食環境

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矩形断面周りの塩分粒子の輸送過程について，2021年度は断面辺長比の異なる複数の矩形断面を対象に一連の検討を行い，粒子の輸送と付着に対しては剥離剪断層の周期的な運動が重要であり，渦放出1周期の中で生じる剥離剪断層の壁面への接近および離脱に応じて付着しやすい部位が変化することが明らかとなった．また，矩形断面の表面圧力に関係する物理量に基づいて，付着量を良好に予測できる可能性を示した．2022年度は前年度に得られた知見が複雑な形状にも適用できるのかを検討するため，凸型の断面（断面辺長比が6という流下方向に細長い矩形断面の上面中央に，同じ高さの正方形断面を設置したもの）を対象に一連の考察を試みた．まず，数値流体解析によって凸型断面周りの時間平均流れ場を算出し，かつ解析の妥当性を検証するため，風洞を利用した流れの可視化実験によって得られる風速分布と比較した．次に，矩形断面と同様に，得られた流れ場を利用して凸型断面周りの粒子飛散挙動と付着量の評価を試みた．この時，壁面への粒子付着の有無や多寡に対して，粒子の初期配置が想像以上に敏感であることが明らかとなった．具体的には，物体高さの100分の1の間隔で粒子を初期配置していたが，特に物体の上流面に対しては，さらに小さな間隔で配置しなければ付着しないことが判明した．この理由としては，物体が凸型の形状を有するため，物体に接近する流れは全体的に上向きとなり，壁面方向の粒子の慣性が相対的に小さくなることで，壁面への付着に至る粒子の初期配置は極めて限られるためと考えられる．本件は物理的な現象ではなく数値計算の条件設定にかかる問題であるので，今後十分に検討を行う必要がある．