砕波下の気固液混相乱流に対する局所相互作用の統計評価と沿岸物理環境境モデルの開発

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・砕波が混入する気泡の砕波乱流への統計的寄与を明らかにするため,気液両相の速度の同時画像計測法を開発し,高解像計測を行った.この同時計測は,2つのデジタルビデオカメラに透過波数の異なる光学フィルターを設置し,蛍光着色した中立粒子と混入気泡にレーザー照射したそれぞれ励起光,反射光を選択的に記録し,Particle imaging velocimetryにより両相の速度分布を算定することで達成できる.この計測法の信頼性は,Ultrasonic Velocity Profilerとの比較によって検証された.気泡の混入が流体の乱流生成に統計的に大きな影響を与えると共に,気相の平均速度は流体の減速位相において流速の50%程度早い速度をもつ.これらの定量的に得られた統計量は砕波乱流のモデル化に使われる.・同一の画像計測法を底面砂の浮遊現象へ適用し,移動床上の浮遊イベント時の砂-流体相互作用の統計評価を行った.流体は底面近傍で上方へ向かう流れが卓越するが,砂はこれに追従せず形成されるリップルのクレスト方向へ移動する傾向がある.すなわち,浮遊砂は流体に対してパッシブな挙動をとらない.また,移動床上では,固定床と比べ境界層の剥離による力学的な影響が小さく,砂の浮遊に伴う流体の撹乱が乱れの生成の主要な役割を果たしていることが明らかになった.また,砂の浮遊にはこの撹乱に伴い強化された渦の再付着が大きくかかわっている.・砕波後のジェットの着水が生成する飛沫及び気泡を再現する数値モデルを開発した.これは,デカルト座標系上で自由水面での力学的境界条件を合理的に満足させ水面流速を適切に近似するものであり,正しく水面,渦そして表面張力による相互作用を評価するものである.このモデルにより,ジェットの着水に伴う二次ジェットの分裂及び局所的なキャビティーを再現し,砕波乱流のソースとなる水面の極近傍の渦生成を評価することが可能となった.