水表面に作用する風応力によって起こる気-水運動と気体輸送現象の可視化計測法の開発

开发风应力作用于水面引起的气水运动和气体输送现象的可视化测量方法

• 批准号: 11750462
• 负责人: 竹原 幸生
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Kinki 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: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750462/
• 关键词: 水表面; 風波; 気体輸送; LIF; PTV

水域の環境を考える上で、酸素や二酸化炭素等の溶存気体量を精度よく評価、予測することが必要である。海洋や湖などにおいて水表面を通した気体輸送は、主に風応力が水表面に作用し、表面が乱されることにより促進される。これまでの研究では専ら上空の風速とバルクな溶存気体量から、気体輸送係数を求めており、直接風速と気体輸送係数を関係付けている。しかし、現地計測の気体輸送係数の結果は、風速に対して大きくばらつく。気体輸送量をより正確に評価、予測するには、水表面での気体輸送機構を理解する必要がある。本研究では、以下の技術について開発を行った。(1)水表面を通した二酸化炭素の溶入過程の直接可視化法の開発蛍光強度のpH依存性を利用して、二酸化炭素の溶入過程の直接可視化法を開発した。水溶性の蛍光染料(ウラニン)がpH6以上では蛍光強度が変化せず、pH6以下では、pHの減少とともに蛍光強度が急激に減少減少する。この特性を利用して、アルゴンイオンレーサーを励起光として、LIF(Laser Induced Fluorescence)法により、風波発生時の二酸化炭素溶入過程の可視化に成功した。(2)微小水滴をトレーサーとした気体PTVの開発気流のPTV用トレーサーとして一般的に、微小油滴が用いられる。しかし、水表面での気体輸送現象を目的とした場合、水表面に油膜を作ってしまうため問題となる。本研究では、医療用ネブライザーを用いた微小水滴発生装置を試作し、PTVが可能であることを示した。

The accuracy of the water environment, acid, carbon and other dissolved substances is necessary for evaluation and prediction. Ocean and lake water surface transport, mainly wind force, water surface interaction, surface disturbance, and so on. This study focuses on the relationship between air velocity, dissolved gas volume, gas transport coefficient and direct wind velocity. The results of measuring the gas transport coefficient in situ are as follows: To correctly evaluate and predict the volume of gas delivered, it is necessary to understand the gas delivery mechanism on the water surface. This study is based on the following techniques: (1)Direct visualization of the dissolution process of diacidified carbon on water surface was developed by using the dependence of light intensity on pH Water soluble fluorescent dye (UV dye): pH6 or above, UV intensity decreases; pH6 or below, UV intensity decreases. The characteristics of this method were successfully visualized by LIF(Laser Induced Fluorescence) method. (2)Small water droplets are used in the development of PTV, while small oil droplets are used in general. Water surface gas transport phenomenon, water surface oil film, etc. This study is intended to demonstrate the feasibility of a microdroplet generator for medical applications.

项目成果

竹原幸生: "風波による炭酸ガスの取り込み過程の可視化"海岸工学論文集. 第46巻. 101-105 (1999)

Yukio Takehara：“风和波浪吸收二氧化碳过程的可视化”沿海工程论文第 46 卷 101-105（1999 年）。

T.G.Etoh, et al.: "Development of high-speed video camera"Proc.of the 24th International Congress on High-Speed Photography and Photonics. (印刷中). (2001)

T.G.Etoh 等人：“高速摄像机的发展”第 24 届国际高速摄影和光子学大会论文集（2001 年）。

T.G.Etoh,S.Nabesaka,and K.Takehara: "High speed image capturing of bursting phenomena of a bubble at water surface"Proc.of the 24th International Congress on High-Speed Photography and Photonics. (印刷中). (2001)

T.G.Etoh、S.Nabesaka 和 K.Takehara：“水面气泡破裂现象的高速图像捕获”第 24 届国际高速摄影和光子学大会论文集（正在出版）。 2001）

竹原幸生,江藤剛治,前田崇雄,相武克彦: "PTVによる風波発生時の水表面近傍の気流・水流計測法"海岸工学論文集. 第47巻. 101-105 (2000)

Yukio Takehara、Goji Eto、Takao Maeda、Katsuhiko Aitake：“使用 PTV 测量风浪发生时水面附近的气流和水流的方法”海岸工程论文第 47 卷 101-105（2000 年）。

K.Takehara: "A hybrid correlation/Kalman filter/χ 2-test method of super resolution PIV"Proc.of the Third International Workshop on PIV'99. 163-169 (1999)

K.Takehara：“超分辨率 PIV 的混合相关/卡尔曼滤波器/χ 2 测试方法”Proc.of the Third International Workshop on PIV99 (1999)。