連続体力学を基礎とする流砂の新しい力学体系の構築

基于连续介质力学的新型流沙力学系统构建

基本信息

批准号：
16658062
负责人：
宮本邦明
金额：
$ 1.98万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

流砂は多数の粒子からなる集合体の運動の一形態と考えられ,連続体として近似が可能であることが期待されるが,その力学については十分な議論がなされていない。本研究は,連続体としての流砂運動の力学体系の構築を目的とするもので,土石流,掃流砂,浮遊砂のメカニズムに関する研究成果の現状をレビューし,流砂現象を連続体として取り扱う方法,研究の方向性と課題を明らかにしようというものである。土石流の構成則は連続体力学の考え方に基づき得られている。しかしながら,定常等流状態での力学的エネルギー収支をベースとしているため本質的に非圧縮の条件下でしか成り立たないところに問題の本質の一部があることを明らかにした。その中で既往の土石流の構成則の考え方をもとに圧縮・膨張による運動学的エネルギーの変化を見積もり,圧縮性が流れの特性を理解する上で極めて重要であることを示し,今後の研究の方向性を示した。一方,掃流砂,浮遊砂の力学に関するほとんどの研究は,流れの中の個別の粒子の軌跡の統計的性質を明らかにするといった観点からなされており,連続体としての取扱は受けていない。掃流砂については土石流の構成則が適用され合理的な説明がなされているが,浮遊砂への適用は未だ成功していない。そこで,ここでは泥流の流れ場の特性を土石流の構成則に関する考察と同様に方法を用いて評価することにより掃流砂と浮遊砂の流れ場の力学的特性を定式化するための考え方や評価すべき項目,物理量について検討を行った。その結果,固液混相流としての粘性底層厚と集合流動層の層厚との大小関係により浮遊砂と泥流の違いが説明されるであろうことが示された。これらの成果をもとに問題を解決するための研究スキームを組み上げた。なお,これらの成果は国内外の研究者との数度にわたる研究会を通して導かれた。研究成果については,今後,関連学会および国際会議において発表してゆく。

流沙被认为是许多粒子集合的一种运动形式，预计将被视为连续体，但对其力学没有足够的讨论。这项研究旨在构建一个动态系统，以作为连续性作为连续性，并回顾了有关碎片流，扫砂和漂浮沙的机制的当前研究结果，并阐明了将快速现象作为连续性，研究方向和挑战的方法。碎片流的本构规则是根据连续力学的概念获得的。但是，据揭示了问题的本质的一部分是基于稳态的机械能平衡，只能在未压缩条件下实现。基于碎片流的本构规则的先前概念，我们估计了由于压缩和扩展引起的运动能量的变化，并表明可压缩性对于理解流量的特征非常重要，并介绍了未来研究的方向。另一方面，大多数关于扫砂机械和悬浮砂机械的研究都是在阐明流动中各个颗粒基因座的统计特性方面进行的，并且不被视为连续体。碎屑流的本构规则已应用于裂解砂，并做出了合理的解释，但其在漂浮的沙子上的应用尚未成功。因此，在本文中，我们通过使用类似于使用类似于泥石流原则规则的考虑的方法来评估泥流场的特性，调查了擦洗沙子和浮动沙子流动的机械特性的概念，要评估的项目和物理量。结果表明，浮动砂和泥流之间的差异将由粘性底层的厚度与固体混合相流量以及收集的流化层的厚度之间的较大和小关系来解释。基于这些结果，我们创建了一个研究方案来解决问题。这些结果通过与国内和国际研究人员的几个研究小组进行了指导。研究结果将在未来的相关学术会议和国际会议上提出。