シートフロー状態の砂移動機構と岸沖漂砂量式に関する研究

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1.研究の目的U字管振動流装置を用いてシートフロー状態の砂移動を生じさせ、砂の移動機構、漂砂量式を現象の素過程である個々の砂粒子の運動にまで立ち返って力学的に検討することを目的とする。2.主要な成果(1)トレーサ粒子の運動をラグランジュ的あるいはオイラー的に詳細に調べることにより、移動機構を明らかにするとともに、移動層厚,移動速度とこれらの諸量から得られる漂砂量を定量的に把握し、流れおよび底質特性との関係を明らかにした。(2)移動層内の粒子に働く外力には、(a)粒子と水粒子の相対速度に起因する抗力,(b)粒子相互の衝突による力,(c)主流の時間変化に起因する圧力勾配による力の3つがあり、(a)(b)の外力は移動層の上層(saltation層)と中層(粒子衝突層)で支配的な役割をし、(c)は下層(乗り越え層)および流速の小さい位相で支配的であることがわかった。(3)移動層を粒子と水粒子の相対速度がない混相流とみなし、境界層方程式を用いた解析を試みた。この解析で問題となる移動層内のせん断応力は、粒子相互の衝突によるものと流体の鉛直方向の運動量輸送に起因するものを含めて移動層を仮想的な粘性係数【μ^x】(c)(【μ^x】は濃度の関数)をもつニュートン流体と考えることにより求めた。今回は第一歩として、濃度分布は時間的に一定で鉛直方向にのみあると仮定し、実際には実験値を用いた。得られた底質粒子の移動速度は実験値をほぼ説明することがわかった。