気液砕波乱流中の力学機構に基づく大気‐海洋間気体輸送フラックスモデル

基于气液破碎波湍流动力学机制的大气-海洋气体输运通量模型

• 批准号: 11J04354
• 负责人: 新井田 靖郎
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J04354/
• 关键词: 気泡; 気体輸送; Large eddy simulation; 一般化されたLangevin方程式; Two-wayモデル; 砕波; 大気-海洋間気体輸送; 蛍光励起画像計測; PIV; バックライト法

本年度は, 気泡乱流中の個々の混入気泡からの酸素の溶解から移流拡散にわたる一連の気体輸送過程を捉える数値モデルを構築し, 実験結果によって検証を行うと共に, 砕波ジェットを模擬した鉛直円柱ジェット下に形成される気泡乱流中の酸素輸送機構について調査した. 理論的に求めることが困難な気泡からの酸素溶解を昨年度までに構築したソースモデルを用いて計算し, 乱流中での気泡の動揺は一般化されたランジュバン方程式を用いた気泡運動の確率モデルをラージエディーシミュレーションに導入し, 乱れ-平均流-気泡運動を相互にカップリングさせたモデルによって表現する. モデルによる計算結果は, 個々の気泡の変形に起因するマイナーな差異はあるものの, 実験結果を概ね定量的に再現した. 気泡-乱流間の力学的な相互作用は溶存酸素濃度分布の決定に深く関わっており, 乱流の影響を受けて拡散する気泡分布に応じて酸素の溶解領域が広がっていき, 溶解した酸素も気泡が引き起こす液相流速や乱れによって移流拡散していく. このモデルに自由水面からの気泡混入モデルを組み込み, ジェット下に形成される気泡乱流中の酸素輸送を計算した. 溶存酸素濃度は, はじめ気泡が混入するキャビティー周辺で高くなり, 時間とともにせん断流れと混入気泡の影響を受けて発達した乱れの影響で拡散し, 強い鉛直下向きの流れによって移流される. ボイド率と液相乱れエネルギー, 溶存酸素濃度の空間分布の相関は必ずしも高くなく, 従来使われてきたボイド率のみのパラメータでは気液混相乱流場での溶存酸素濃度分布の推定は困難であるが, 本モデルを用いることによって, 気泡乱流中の局所的, 瞬時的な水中溶存酸素濃度変化を捉えることが可能となる. 本研究では, 気泡流中の力学機構に基づく酸素輸送フラックスモデルを構築しており, その成果は近海域を対象とした定量的環境評価手法の確立に多大な貢献をするものである.

In this year, the numerical value of the gas transport process in the gas bubble turbulence was constructed, and the results showed that the gas bubble turbulence was formed under the vertical column. Theoretical calculation of bubble dynamics in turbulent flow generalizes the equation of bubble motion and its accuracy. The equation of bubble motion is introduced into the equation of bubble motion. The equation of bubble motion is introduced into the equation of bubble motion. The calculation results show that the causes of the bubbles are different, and the results are quantitatively reproduced. The mechanical interaction between bubbles and turbulence is deeply related to the determination of the concentration distribution of dissolved acids, and the influence of turbulence on the distribution of dissolved bubbles and the dissolution of dissolved acids. Calculation of acid transport in turbulent flow of gas bubbles formed in the free water surface The concentration of soluble acid is mixed with high temperature and high temperature, and the time is high. The influence of mixed temperature and high temperature on the concentration of soluble acid is scattered, and the vertical downward flow is strong. The correlation between the spatial distribution of dissolved acid concentration and the liquid phase turbulence must be high, so that it is difficult to estimate the spatial distribution of dissolved acid concentration in the mixed phase turbulent flow. This study aims to explore the contribution of the results of the study to the establishment of quantitative environmental assessment methods for near-sea areas.

项目成果

Bubble-Mediated Oxygen Transfer from Bubbles Entrained by Jets

来自喷射夹带气泡的气泡介导的氧转移

• DOI: 10.2208/kaigan.69.i_46
• 发表时间: 2013
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B2 (Coastal Engineering)
• 作者: Keishi Suga;H.Tomita;S.Tanaka;T.Shimanouchi;H.Umakoshi;菅恵嗣;新井田靖郎・渡部靖憲
• 通讯作者: 新井田靖郎・渡部靖憲

気泡プルームから水中への酸素輸送拡散速度計測

测量从气泡羽流到水中的氧气传输扩散速率

• 发表时间: 2011
• 期刊: 平成23年度土木学会北海道支部論文報告集
• 作者: Watanabe;Y.;Mitobe Y.;Saruwatari A.;Yamada T.;Niida Y.;菅恵嗣;菅恵嗣;新井田靖郎・渡部靖憲;菅恵嗣;新井田靖郎・渡部靖憲
• 通讯作者: 新井田靖郎・渡部靖憲

TURBULENT FLOWS RESPONDING TO LOCAL BEHAVIORS OF BUOYANT BUBBLES

湍流对浮泡局部行为的响应

• 发表时间: 2013
• 期刊: Coastal Dynamics 2013
• 作者: Yasuo Niida;Yasunori Watanabe
• 通讯作者: Yasunori Watanabe

Mechanical Balance to Form Flow Structures in a Run-Up Wave

在助跑波中形成流动结构的机械平衡

• DOI: 10.2208/kaigan.69.i_66
• 发表时间: 2013
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B2 (Coastal Engineering)
• 作者: Keishi Suga;H.Tomita;S.Tanaka;T.Shimanouchi;H.Umakoshi;菅恵嗣;新井田靖郎・渡部靖憲;菅恵嗣;渡部靖憲・堀井正輝・新井田靖郎
• 通讯作者: 渡部靖憲・堀井正輝・新井田靖郎

気泡群から水中への酸素輸送拡散速度計測

测量氧气从气泡到水中的传输扩散速率

• 发表时间: 2011
• 作者: 菅恵嗣;富田響;田中清志朗;島内寿徳;馬越大;新井田靖郎
• 通讯作者: 新井田靖郎