砕波に伴う渦を考慮した海底砂の浮遊機構に関する研究

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海岸侵食を防止する新しい漂砂制御方法を構築するための初期段階においては,砕波による砂の浮遊現象の構造を解明しなければならい.そこで,本研究では水理実験と数値計算により,砕波時の波内部の渦や乱れの分布と海底砂の浮遊現象を定量的に明らかにすることに主眼をおいて,研究をした.本研究の概要は,砕波による砂の浮遊現象を解明し海岸侵食を防止するためには,砕波帯内に生じた渦や乱れが海底砂の巻き上げを引き起こす構造を検討した.続いて,これらの現象をモデル化し,砕波による浮遊砂量を考慮した漂砂量を定式化した.本研究では,PIV法による水理実験とMARS法という気液混相流の直接数値計算により波内部の流速場を詳細に把握し,進行波の砕波に伴う渦や乱れの時空間的変化を算定して,1)砕波形式の相違による波内部の渦度分布,乱れ強度の特性を考究し,さらに,砕波と底質の浮遊との関連を,砂を追跡粒子としたPIV法による移動床実験により検討して,2)砕波時の渦や乱れによる砂の浮遊構造と3)砕波形式や無次元係数Cの相違による海底砂の浮遊形態を解明した.また,粒子濃度計による浮遊砂量の定量的評価を実施して,4)砕波形式の相違による砂の浮遊量の特性を明らかにした.砕波帯内に生じた渦や乱れが海底砂の巻き上げを引き起こす構造を,水理実験とMARS法を自由表面の解法としたk-ε乱流モデルによる気液混相流の直接数値計算により明らかし,波内部の渦構造,乱れ強度の分布特性と海底砂の浮遊現象を関連づけるパラメータを見いだした.砂粒を追跡粒子としたPIV法による実験を実施して,海底砂の浮遊と沈降の速度を詳細に把握した.さらに,撮影画像の解析から砕波形式の相違による海底砂の浮遊形態を解明した.