表面波の発生と連成したテンタゲート系の自励振動(流出渦に起因した逆置テンタゲートの振動)

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扇形セラの支持点(トラニオンピン)を上流側に設けた新しいタイプの逆置テンタゲートがスイスのSchinznachに建設され、その試運転時に激しい流体関連振動を引起こした。そのため原因究明が急がれている。当ゲートは径間が長い(約20m)ため長い径間ゲートとしての振動特性を有している。前年度は、下流側が水没していない場合についてその振動特性を明らかにした。本年度は、特に下流側が水没している場合について実験的に振動特性を明らかにした。下流側が水没するために放水流は流出渦を形成し、それがゲートの特異な振動を引起こす。研究成果は以下のとおりである。(1)振動特性を決定する基本量は、理論放水流速をゲートの振動数とゲート幅で割った無次元流速および放水口開度をゲート幅で割った無次元開度である。(2)無次元流速が4.5から7.0のときに振動が発生し、その振動は無次元開度が約0.71のときにもっとも激しくなる。流体振動力の強さを負の減衰比の形で表わすとその値は最大0.023である。水の付加質量は無次元流速が大きくなるに従って減少する傾向を示す。(3)高感度の圧力変換器でゲート近傍の流体圧力を計測した結果。上下流の流体挙動がほとんど同じレベルでゲートの振動発生に貢献していることが分かった。(4)熱戦流速計で放水変動流速を計測した結果、変動流速係数は一定値(約0.55%)を示すが、放水流の位相が大幅に変化することが分かった。(5)流出渦を可視化することによって、渦の成長度、波数、波長、波速などの特性を明らかにし、振動発生時の渦挙動の要件を明らかにした。(6)鹿児島県所在の鶴田ダムの設置されたテンタゲートをモーダル解析し、固有振動数とそのモードおよび減衰特性などを明らかにした。