吹雪粒子の運動に伴う境界層モデルの開発と視程障害、吹き溜まり対策への適用

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低温実験室内で直径約3mmの氷粒子を雪面に衝突させ、その時の衝突速度、それにより舞い上がる粒子の数、角度、反発速度の測定を高速ビデオシステムとストロボ装置を併用して行った。雪面は幾何学的に平面ではないため、反射速度は水平成分、鉛直成分ともに分散する。入射と反射の鉛直速度の比は、入射速度が7.5m/sで入射角が10度の場合、1.0〜1.5の頻度が最も高く、1.0以上が70%を占め、平均は1.1であった。この比は、入射角の減少とともに増大するが、入射速度にはあまり依存しないことがわかった。続いて、上記の手法により求められた氷粒子と雪面の衝突特性(スプラッシュ関数)を用いて吹雪の跳躍運動の数値実験を行い、跳躍距離や粒子の数密度の空間分布を算出した。この結果を、実際に低温風洞の床に雪を均質に敷いた後に吹雪を発生させ、雪粒子の跳躍、浮遊運動を撮影、解析した結果と比較したところ、スプラッシュ関数を用いた計算手法が、吹雪における粒子の跳躍運動を力学的に解析するうえで有効であることが見いだされた。これと並行して、雪とは粒子物性の異なるマスタードシーズを使い上記と同様な実験の他、小型の超音波風向風速計、熱膜風速計を用いた、粒子の浮遊、跳躍運動を伴う境界層内部の風速プロファイル、変動量の測定を行った。その結果、粒子跳躍層内では、粒子と空気の運動量交換にともない、風の構造が一般の対数分布から偏移している様子が実測された。また野外での、超音波風向風速計による吹雪発生時の風速変化、乱流強度のデータとパーティクルカウンターでの雪粒子密度の時間的、空間的変動の測定結果の対応についても、位相差、周波数特性を含めた議論が行われた。