砕波に伴う波動圧変動と気泡連行の細部特性

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本研究では,水理実験と数値解析の両面より,砕波に伴う波動圧変動と連行気泡の細部特性を明らかにすることを目的としている.(1)砕波に伴う波動圧と連行気泡の関連性:一様傾斜面上での砕波現象を対象に水理実験を行い,水中圧力変動特性について議論した.気泡混入領域では,200Hz以上の高周波数波動庄が局所的に増大することが明らかとなった.また,単一気泡の振動理論から増大する周波数帯を算定することができること,気泡径の違いにより卓越周波数が異なることがわかった.(2)上昇気泡に伴う水中圧力の基本特性:砕波による複雑な気泡連行現象を解明するための基礎的研究として,水中を上昇する気泡の挙動を取り上げ,上昇気泡に伴う水中圧力変動の時間周波数特性,距離減衰特性を水理実験により検討した.その結果気泡の膨張・収縮といった振動によづて水中圧力の高周波数成分が発生すること,水中圧力の高周波数成分は気泡発生地点からの距離に反比例の関係で減衰すること,気泡連行に伴い水中で音が発生していることが判明した.(3)固気液多相流数値モデルDOLPHINの開発・応用:砕波に伴う気泡連行現象を高精度に再現できる数値モデルとして,固気液多相流数値モデルDOLPHIN(Dynamic numerical model 0fmuLti-Phase flow with Hydrodynamic INteractions)を2次元と3次元に対して開発・構築した.そして,DOLPHIN-2D, DOLPHIN-3Dを様々な水理現象に適用し,その妥当性・有用性を検証した.