砕波を伴う風波界面における炭酸ガス輸送機構の解明

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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.