火山爆発とそれに伴う流動現象の機構解明

火山喷发和伴随流动现象的机制阐明

• 批准号: 14080204
• 负责人: 小屋口 剛博
• 金额: $ 102.72万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14080204/
• 关键词: 火道流れ; 気泡核生成; マグマ破砕; 噴煙乱流混合; 気液混相流体; 粉流体; 減圧相変化挙動; 脱ガス; 火山噴火; 数値モデル; マグマの上昇; 火山噴煙; 火砕流; 混相流体力学

本年度は,「火道流モデル」および「火山噴煙モデル」の研究について以下のような成果が得られた.火道流モデルについては,定常流モデルについて,地質学的条件やマグマ物性に対する依存性,さらに,その性質が気泡の核形成・成長,マグマの破砕,脱ガス作用という素過程に強く依存することが示された.特に,本年度は,気相と液相の相対速度がある場合の定常流について半解析解が得られた.又,非定常火道流モデルに基づいて,ドーム噴火の噴出率変動に関する解析が進められ,定常的なドーム噴火が不安定となって噴出率変動が発生する条件について解析解が得られた.これらの火道流モデルに関連する素過程の物理について,高粘性流体・粘弾性物質の急減圧流動装置及び相変化を含む衝撃波管実験装置を用い,急減圧に伴う気泡の成長,破砕過程,高速流動現象を再現した.特に,破砕過程における脆性/延性遷移が粘弾性緩和時間に規定されていることを明確に示す実験結果が得られたことが,本年度の特筆すべき成果である.又,非常に高粘性のマグマに対する衝撃波管実験結果を定量的に再現する破砕基準を得た.上記の実験で観察される現象の基礎的な物理を解明するために,急減圧に伴う気相核形成の分子動力学モデルや粘弾性物質中の気泡の変形を再現する新数値手法が開発され,解析が進んだ.火砕流の発生条件,噴煙高度,傘型噴煙のダイナミックスを定量的に再現する3次元火山噴煙モデルを開発し,このモデルの火口における条件として火道流モデルの結果を採用することによって,火道流モデルと噴煙モデルを統合した「噴火シミュレータ基礎モデル」を構築した.又,小規模噴煙の観測データが蓄積され,経験則が確立された.火山噴煙・火砕流の素過程については,粉体の流動化に対する熱輸送の影響について離散要素法数値モデルが開発され,室内実験による検証が進められた.

This year, られた, the research on "pyroduct flow モデ られた" および and "volcanic smoke モデ モデ" に に て て て the following <s:1> ような results が obtained られた. Fire way flow モ デ ル に つ い て は, steady flow モ デ ル に つ い て, geology conditions や マ グ マ property に す seaborne る dependency, さ ら に, そ の nature が の 気 bubble nucleation, growth, マ グ マ の 砕, take off the ガ ス role と い う, strong process に く dependent す る こ と が shown さ れ た. In the current year に, the gas phase と liquid phase <s:1> phase relative to the velocity がある situation <s:1> constant flow に られた て て semi-analytical solution が gives られた. Again, the unsteady fire flow モ デ ル に base づ い て, ド ー ム fire-breathing の jet rate - move に masato す る parsing が into め ら れ, constant of な ド ー ム fire-breathing が unrest と な っ て jet rate - move が 発 raw す る conditions に つ い て analytical solution が must ら れ た. こ れ ら の way flow fire モ デ ル に masato even す る element process の physical に つ い て, high viscous fluid, glue 弾 sexual material の Urgent 圧 flow reduction device and び phase - contains を む blunt shock wave tube be 験 device を い, deepening downturn 圧 に with う の 気 bubble growth, breaking 砕 process, high-speed flow phenomenon を reappearance し た. に, broken 砕 process に お け る brittle/ductile migration が sticky 弾 sex time に rules さ れ て い る こ と を に す indicated clearly be the result of 験 が ら れ た こ と が, this year's の special pen す べ き results で あ る. Again, very high viscosity の に マ グ マ に す seaborne る blunt shock wave tube be 験 results を quantitative に reappearance す る broken 砕 benchmark を た. Written の be 験 で 観 examine さ れ る based な physical phenomenon の を interpret す る た め に, deepening downturn 圧 に with う 気 phase nucleation の molecular dynamics モ デ ル や glue 弾 sexual material of の 気 bubble の - shaped を reappearance す る new open the numerical technique が 発 さ れ, parsing が into ん だ. Fire 砕 flow の 発 living conditions, spray height of smoke, umbrella spray smoke の ダ イ ナ ミ ッ ク ス を quantitative に reappearance す る 3 dimensional volcanoes spew smoke モ デ ル を open 発 し, こ の モ デ ル の crater に お け る conditions と し て fire way flow モ デ ル の results を す る こ と に よ っ て, fire way flow モ デ ル と belching smoke モ デ ル を integration し た "flame シ ミ ュ レ ー タ based モ デ ル" Youdaoplaceholder0 builds た. Again, small-scale spraying smoke の 観 measuring デ ー タ が accumulation さ れ, 経 験 is が establish さ れ た. Volcanic gush, fire smoke flow 砕 の element process に つ い て は, powder and moving of の に す seaborne る heat transfer の influence に つ い て discrete element method, the numerical モ デ ル が open 発 さ れ, indoor be 験 に よ る 検 card が into め ら れ た.

项目成果

Prediction of gas-particle dynamics and heat transfer in a two-dimensional spouted bed

• DOI: 10.1163/1568552053750215
• 发表时间: 2005
• 期刊: Advanced Powder Technology
• 影响因子: 5.2
• 作者: Thanit Swasdisevi;W. Tanthapanichakoon;T. Charinpanitkul;Toshihiro Kawaguchi;Toshitsugu Tanaka;Y. Tsuji

A numerical study of turbulent mixing in eruption clouds using a three-dimensional fluid dynamics model

• DOI: 10.1029/2004jb003460
• 发表时间: 2005-08-02
• 期刊: JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-SOLID EARTH
• 影响因子: 3.9
• 作者: Suzuki, YJ;Koyaguchi, T;Hachisu, I
• 通讯作者: Hachisu, I

大西順也 他: "格子ボルツマン非ニュートン流体モデルの開発と多成分流れへの応用"混相流. 7巻4号. 413-425 (2003)

Junya Onishi 等人：“晶格玻尔兹曼非牛顿流体模型的开发及其在多组分流中的应用”多相流，第 7 卷，第 413-425 期（2003 年）。

鍵山恒臣編(著者多数): "マグマダイナミクスと火山噴火"朝倉書店. 212 (2003)

梶山恒臣主编（多位作者）：《岩浆动力学与火山喷发》朝仓书店212（2003）。

井田喜明: "富士山の噴火予知に向けて"月刊地球. 24. 665-671 (2002)

Yoshiaki Ida：“预测富士山喷发”月刊地球。24. 665-671 (2002)