冷却殻を考慮した溶岩流の模擬実験と防災を目的とした数値モデル開発及び検討

考虑冷却壳的熔岩流模拟实验和防灾数值模型开发和研究

基本信息

批准号：
12780343
负责人：
宮本英昭
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
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：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

冷却殻が溶岩流の流動に与える影響について、実験を通じて新たな理論的解析手法を開発した。この際溶岩チューブの形成が問題となる為、野外調査を実施して溶岩チューブの重要性を確認した。実験は冷却殻が成長しない非ニュートン流体(カオリン混濁液)と、冷却殻が形成されるニュートン流体(パラフィンワックス)の2種について行なった。そして、1.現実の溶岩に良く見られる幾つもの流れが重なり合う現象は、冷却殻の無い条件では再現できないこと、2.パラフィンの流れはレイノルズ数やペクレ数の意味で溶岩流と類似しているとともに、冷却殻が現実的に成長するので、溶岩流の様々な形態的特徴をうまく再現できること、3.冷却によるレオロジー的成層構造が流動形態に大きく影響を与えること、を明らかにした。この実験結果から、冷却殻を持つ流れについて流れの分岐及びそれに伴う被覆域の成長に関する新しい理論を提案した。これは先頭が停止した後も背後からの流体の流入によって溶岩チューブを形成し、その時に増加した流体内部の過剰圧が流れの厚さの増加に寄与するというもので、その圧力と引張強度との兼ね合いで分岐の条件を見積もることができる。これは同時に、横方向へ被覆域が増加する場合の到達距離を、理論的に示す事になり、流れつづける溶岩流の横方向への成長限界を表すという意味で、防災面からも重要であると考えられる。この新しい理論によって初めて、いわゆる「バルク物性」を用いない方法で、溶岩流の巨視的な挙動を数値的に取り扱う事が可能になった。ここで、溶岩チューブが被覆域拡大に重要な役割を果たす事が示唆された。しかし溶岩チューブは発見が難しく、詳しい研究が無い。そこで本研究は、地中レーダーで未発見の溶岩チューブを発見できる事を野外調査で明らかにし、今後具体的な事例に基づいた理論の検証が可能である事を示した。

通过实验开发了一种新的理论分析方法，以确定冷却壳对熔岩流的影响。目前，熔岩管的形成成为一个问题，因此进行了野外调查以确认熔岩管的重要性。实验是对两种类型进行的：非牛顿液（高岭土浊度），其中没有冷却贝壳，以及形成冷却壳的牛顿液（石蜡）。 They also revealed that 1. The phenomenon of overlapping multiple flows, which are commonly seen in real lava, cannot be reproduced under conditions without cooling shells, 2. Paraffin flows are similar to lava flows in terms of Reynolds and Pecle numbers, and because cooling shells grow realistically, various morphological features of lava flows can be successfully reproduced, and 3. The rheological stratification structure caused by cooling has a significant impact关于流形态。从这个实验结果中，提出了带有冷却壳的流量的流动分支和相关涂层生长的新理论。这意味着即使在前面停止之后，熔岩管也是由从后面的流体流入而形成的，并且当时增加的流体内部压力会增加流动厚度的增加，并且可以根据压力和拉伸强度的组合来估计分支的条件。同时，从预防灾难的角度来看，这被认为是重要的，因为从理论上讲，当覆盖面积沿侧向增加时，它表示到达距离，并且代表了流动熔岩流的横向生长极限。只有通过这种新理论，才可以通过一种不使用所谓的“散装物理特性”的方法来数字处理熔岩流的宏观行为。这里建议熔岩管在扩大覆盖区域中起着重要作用。但是，熔岩管很难发现，没有详细的研究。这项研究在现场研究中表明，未发现的熔岩管可以在地下雷达上发现，并证明可以根据将来的具体情况来验证该理论。