3軸楕円粒子法シミュレーションの開発と重力流中の多体衝突ダイナミクスの解明

三轴椭圆粒子法模拟的发展和引力流中多体碰撞动力学的阐明

基本信息

批准号：
04J01101
负责人：
高川智博
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

この研究の目的は重力流の内部に働く堆積物粒子の動きを計算機シミュレーションと実験によって明らかにするものである.自然界にみられる重力流は,時間的・空間的に流速が変動する複雑な流れである.このような流れをシミュレートし,流れ内部における堆積物の輸送および堆積作用を明らかにするため,昨年度に新たに開発した実験水路を,今年度さらに改良した.この水路は円筒形の循環型であり,上部のパドルの回転によって流れを発生させるものである.回転パドルの制御により様々な流れを模擬することが可能である.改良点はパドル数を増やすことでパドル間隔を減少させたことである.これにより流れの均質性が大幅に高まると共に,パドルによる渦の発生も低減させることに成功した.改良した実験水路を用いて,重力流に関係した流れによって輸送された堆積物粒子が形成する様々なベッドフォームや堆積構造を,実験的に作り出し,その構造と水理条件の関係を明らかにした.特に今年度は重力流のような一方向流と波浪による振動流が合成した複合流における堆積物粒子の運搬作用や形成される平衡・非平衡ベッドフォームを精力的に調べこれまで知られていなかった条件領域でハンモック状のベッドフォームが形成されることを明らかにした.このベッドフォームに関連した構造はハンモック状斜交層理と呼ばれ,地質学の分野で重要視されている構造である.様々な条件で複合流実験を行い,堆積物粒子の動きやベッドフォームを観察し,それをもとにして粒子の動きやベッドフォームをシミュレートすることで,ハンモック状斜交層理の形成条件を推定した.これは地層から過去の水理条件や古環境を推定する際の重要な指標となると期待される.ハンモック状斜交層理の形成実験に関しては今年度学術雑誌に報告した.

这项研究的目的是阐明通过计算机模拟和实验在重力流中作用的沉积物颗粒的运动。自然界中看到的重力流是随时间和空间变化的复杂流。为了模拟这种流量并阐明流量内沉积物的运输和沉积，我们进一步改善了去年新开发的实验通道。该通道是一种圆柱循环类型，通过旋转桨叶来产生流动。可以通过控制旋转桨来模拟各种流。改进点是通过增加桨数来减少桨叶间距。这显着增加了流动的均匀性，还减少了桨引起的涡旋产生。使用改进的实验通道，由与重力流有关的流动的沉积物颗粒形成的各种床形和沉积物。该结构是通过实验创建的，结构与液压条件之间的关系得到了阐明。特别是，今年，我们大力研究了由单向流量（例如引力流量和由波浪引起的引力流和振荡流）合成的复合流中沉积物颗粒的运输作用，并揭示了在先前未知状态的区域中形成了类似吊床的床形。与该床形相关的结构称为吊床状的倾斜分层，并且在地质领域很重要。我们在各种条件下进行了复合流程实验，观察到沉积物颗粒的运动和床形，并基于此模拟颗粒的运动和床形，并估计了类似吊床的斜分层的形成条件。当估计地质层的过去的液压条件和古环境时，这将是一个重要的指标。我们报道了今年的学术期刊，介绍了类似吊床的斜分层的编队实验。