砕波帯における微細気泡を含む気液混相現象の解明

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2カ年計画の最終年度である本年度は,砕波帯において砕波により水中に連行される空気塊の特性について検討を行った.砕波帯内の時空間的な空気混入特性と水の流体運動を同時計測するため,シャドーグラフ法とPIV法を組み合わせ,ボイド率と気泡周りの2次元空間的な流速を求める手法を開発した.砕波帯内の流体運動に追従できるように,画像の記録には高解像度高速度CMOSカメラを用いた.液相の流速の計測には半導体連続レーザーと蛍光励起塗料を散布した微小粒子を用いたPIV法を用い,気相側の計測は平面LEDを側壁として用いてシャドーグラフ法によりボイド率を推定する手法を開発した.まず始めに,気液混相流場における気泡の形状および速度を推定する可視化手法(BTV法)を用いて砕波帯内の気液混相特性を明らかにした.気泡径分布の時間的変動とボイド率,平均気泡径の非定常性およびこれら気相・液相統計量の関係にっいて新たな知見を得た.さらに3次元構造を持つ砕波帯の気液混相特性を把握するため,気液混相流場における気泡の3次元形状およびその移動速度を同時に推定する計測手法を開発し,仮想および水理実験を行い,その妥当性について検討を行った.その結果,気泡形状と速度を3次元的に同時に測定する手法を開発した.得られた手法を仮想実験および実際の気泡群に適用し,時空間的に変化する3次元流体場の気泡計測が可能とした.