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

与暴风雪颗粒运动相关的边界层模型的开发及其在能见度障碍和雪堆对策中的应用

• 批准号: 04201105
• 负责人: 西村 浩一
• 金额: $ 1.86万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1992
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1992 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04201105/
• 关键词: 吹雪; スプラッシュ関数; 飛躍距離; 粒子数密度; マスタードシーズ; 風速プロファイル

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。

In the low temperature room, the collision speed of particles with a diameter of about 3mm, the number of particles, the angle and the reaction speed of particles in the middle of the air, and the high speed of the air are measured. The snow surface is geometrically flat, and the reflection velocity is horizontally and vertically dispersed. The ratio of incident to reflected vertical velocity is opposite, the incidence velocity is 7.5m/s, the incidence angle is 10 degrees, the frequency is 1.0 ~ 1.5, the frequency is 70% or more, and the average is 1.1. The angle of incidence decreases and the velocity of incidence increases. The collision characteristics of snow particles and snow surface are calculated by the method described above. The numerical value of snow jumping motion is calculated by the method described above. The spatial distribution of particle number density is calculated by the jumping distance. The results show that the snow particles jump and float in the bed of the cryogenic wind tunnel, and the snow particles jump and float in the bed. In addition, the particle properties of snow and snow are different, and the same is recorded. In addition, small ultrasonic anemometers and hot-film anemometers are used. The particles float and jump. The wind velocity and momentum inside the boundary layer are measured. As a result, the particles jump in the layer, the particles move in the air, and the wind structure is measured in the general number distribution. In the field, ultrasonic anemometers are used to measure the temporal and spatial variations of snow particle density, including the variation of wind speed, turbulence intensity, phase difference, and frequency characteristics during snow blowing.

项目成果

Kouichi NISHIMURA: "Wind Structures in the saltating layer" Boundary-Layer Meteorology. 60. (1993)

Kouichi NISHIMURA：“盐化层中的风结构”边界层气象学。

小杉 健二: "吹雪の発達とスプラッシュ関数" 雪氷. 55. (1993)

Kenji Kosugi：“暴风雪开发和飞溅功能”《雪与冰》55。（1993）