風波界面下の乱流構造とスカラーフラックスのモデル化

风波界面下的湍流结构和标量通量建模

• 批准号: 04232218
• 负责人: 小森 悟
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Kyushu 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-04232218/
• 关键词: 風波界面; スカラー; フラックス; 乱流構造

大気・海洋間での物質の交換速度を正確に評価することは地球の温暖化予測モデルを確立する上に於いて極めて重要である。しかし、従来の海洋化学分野に於いては、非常にばらついた物質交換速度(ピストン速度)の実測値を風速やウインドシアーに比例するものとして強引に相関させただけの研究が大半であり、風波海洋海水面を通しての物質の交換機構を海洋表層の乱流構造と関連づけて流体力学的に解明した研究は行われていない。そこで、本研究では、風波乱流水槽を用い、炭酸ガス及び熱の放散実験を行うことにより、熱及び炭酸ガスの交換速度を測定した。風速範囲を2〜11m/sの範井では炭酸ガスの放散実験を行った。この場合には、水槽内のろ過した水道水に純炭酸ガスを吹き込み過飽和の状態にし、液側から気流側に放散する炭酸ガスの量を気流方向の2ヶ所で炭酸ガス濃度をモニターすることにより測定した。この炭酸ガスの放散量から炭酸ガスの交換速度を求めた。さらに高風速を含む2〜15m/sの範囲では、熱の放散実験を行った。この12m/s以上の高風速では気泡のエントレインメイトを含む波の破砕が起るため炭酸ガスの交換量測定よりも精度の高い熱の放散量の直接測定実験を行った。この放熱実験の場合、水槽内の水を30〜40℃に加熱しておき、液側から気流側に移動する熱量を抵抗線温度計及びレーザ流速計を用いて風波界面直下の水の瞬間温度と速度を同時測定することにより決定した。この結果、熱の移動機構は、炭酸ガスの移動機構と全く相似な関係にあることが明らかになり、風波の崩壊する強いシアーの働く領域でのスカラーのフッラクスが熱移動実験を用いて正確に評価されることを示した。

It is very important to correctly evaluate the rate of material exchange between oceans and seas and to establish the prediction of global warming. In recent years, the study of ocean chemistry has been carried out to clarify the relationship between the measured value of material exchange velocity, the wind speed, the ratio of material exchange velocity and the correlation between material exchange velocity and fluid dynamics. In this study, the heat and heat exchange rates of carbon dioxide and carbon dioxide in turbulent water tanks were measured. The wind speed range is 2 ~ 11m/s. In this case, the pure carbon acid in the water channel in the tank is blown into the supersaturated state, and the carbon acid in the liquid side is emitted from the gas flow side. The carbon acid concentration in the two places in the gas flow direction is measured. The amount of carbon dioxide emitted from the carbon dioxide is calculated by the exchange rate of carbon dioxide. High wind speeds range from 2 m/s to 15m/s, and heat dissipation occurs. For high wind speeds above 12m/s, the measurement of carbon exchange capacity with high accuracy and direct measurement of heat dissipation capacity is carried out. In this case, the instantaneous temperature and velocity of the water under the interface of the wind wave are simultaneously measured by heating the water at 30 ~ 40℃ on the liquid side and moving the water at the flow side. As a result, the heat transfer mechanism, carbon dioxide transfer mechanism and all similar relationships are shown in the following paragraphs:

项目成果

S.Komori: "Turbulence structure and mass transter acroso a sheared air-water in wind-driven turbulence" J.Fluid Mech.249. 611-183 (1993)

S.Komori：“风驱动湍流中的湍流结构和剪切空气-水的传质”J.Fluid Mech.249。

S.Komori: "Direct numerical simulation of three-dimensional open-channel How with zero-shear gas-liguid interface" Phys.Fluids A. 5. 115-125 (1993)

S.Komori：“具有零剪切气液界面的三维开放通道直接数值模拟”Phys.Fluids A. 5. 115-125 (1993)