砕波を伴う風波界面における炭酸ガス輸送機構の解明

阐明伴随破碎波的风-波界面二氧化碳输送机制

• 批准号: 09750601
• 负责人: 杉原 裕司
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750601/
• 关键词: 風波; ガス輸送; 砕波; 乱流; 表面更新; 再曝気

本研究は,風波気液界面でのガス輸送において砕波や乱流の果たす役割を明らかにすることを目的とする基礎研究である.本年度の研究は大きく2つに分けられる.1つめは,昨年度も実施した風波砕波下における乱流構造に関する継続研究を行い,その特性をさらに詳細に検討することである.本年度の乱流計測実験は,長さ17mの風洞水槽において行われた.また,流速計測には3次元の超音波ドップラー流速計を用いた.そのため,乱れエネルギーや乱れエネルギーフラックスの構造を調べることができた.これらの統計量の鉛直分布が,乱れ強度,レイノルズ応力と同様に,風波の有義波高およびピーク波のストークスドリフトにより精度良く規格化できることが明らかとなった.また,レイノルズ応力の時系列から,水表面近傍での乱れの生成が大規模な乱流バーストに支配されていることが確認された.このことは,風波砕波面でのガス輸送機構が乱流バーストにより説明できることを示唆している.2つめの研究として,小型の風洞付造波水槽により,気液界面でのガス輸送係数の波浪依存性を調べた.溶存酸素(DO)に対して精度の良い電極センサーが開発されているため,トレーサーとして炭酸ガスの代わりに酸素ガスを用いた.また,センサーによる計測と併せて,DO滴定による化学分析も行った.風波のみと風波+うねりの場合でガス輸送係数がどのように変化するかを調べた結果,長周期のうねりの存在によりガス輸送係数が増大することが確認された.また,その影響は低風速時ほど大きくなることがわかった. このような風波とうねりの相互作用の効果は、実海洋でのガス輸送係数を予測する上で重要なファクターになるものと考えられる.

这项研究是一项基础研究，旨在阐明在风和空气界面上气体传输中断裂和湍流的作用。今年的研究可以分为两个主要类别。首先是对去年也进行的破坏波的湍流结构进行连续研究，并进一步详细研究其特征。今年的湍流测量实验是在长度为17 m的风隧道箱中进行的。另外，使用三维超声多普勒流量计进行流速测量。因此，可以研究湍流和湍流通量的结构。已经揭示了这些统计数据的垂直分布可以通过风波的有意义的波高和峰值波的Stokes漂移来准确地归一化，就像湍流强度和雷诺的压力一样。此外，雷诺兹的时间序列强调，已经证实，水面附近的湍流产生由大规模的湍流爆发支配。这表明可以通过湍流爆发来解释断裂波前部的气体传输机构。在第二项研究中，我们使用了一个小型风洞的水族馆研究了气体液体界面对气体运输系数的依赖性。作为溶解氧（DO）精确度良好的电极传感器，将氧气用作示踪剂而不是二氧化碳气体。此外，通过DO滴定与使用传感器的测量结合进行化学分析。我们研究了仅风波和风波 +膨胀的气体传输系数如何变化，并确认由于存在长期膨胀而导致气体传输系数增加。此外，发现效果在低风速下增加。风与隆起之间这种相互作用的影响被认为是预测真实海洋中气体传输系数的重要因素。