RIM法を応用したPIV流速計測による河川の乱流輸送過程と樹林化メカニズムの解明

利用 RIM 方法的 PIV 速度测量阐明河流中的湍流传输过程和造林机制

• 批准号: 22KJ1958
• 负责人: 松本 知将
• 金额: $ 1.6万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1958/
• 关键词: 乱流構造; 河道内植生; 礫床流れ; 浮遊砂輸送; 屈折率整合法（RIM）; PIV

初年度の研究課題として，まず屈折率整合法（RIM）を応用したPIV流速計測による礫河床内部の流れ場の可視化計測に取り組んだ．室内水路において模擬礫床河川を再現し，水と屈折率が等しい低屈折率透明材質である高吸水性ポリマー（SAP）を模擬河床礫として用いることで，従来計測が困難であった礫背後の平均流・乱流構造の計測に成功した．また，実河川における樹林化の要因の一つである礫河床への種子の定着過程を明らかにするために，礫河床近傍および内部における浮遊粒子の挙動と乱流構造の関連についても検討した．模擬河床内部における粒子挙動とその周囲の流れ場の同時計測結果から，乱流の組織構造が浮遊粒子の礫河床への輸送および河床内部からの浮上を引き起こすことが示された．次に，植生群落拡大の要因となる群落周辺への浮遊砂堆積過程を理解するために，植生群落周辺における乱流現象の解明に取り組んだ．植生のパラメータとして植生高さや植生要素の柔軟性に着目し，曲げ剛性の異なる4通りの植生群落周辺の流れ場に対してPIV計測を実施した．その結果から，倒伏高さおよび植生揺動の変化が植生先端付近における鉛直渦および群落外縁における水平渦による運動量輸送過程に影響することが示唆された．一方で，群落近傍における渦構造や二次流の三次元的構造については十分な検討がなされていないほか，植生揺動形態と運動量輸送・浮遊砂輸送との関連についても未解明な点が多く残されている．これらの点についてのより詳細な考察を次年度以降の課題とし，引き続き実河川における乱流輸送現象の解明について水路実験を通じて取り組んでいきたい．

作为第一年的研究主题，我们首先使用PIV流速速度测量折射率匹配方法（RIM）来可视化砾石床内的流场。通过使用高吸收性聚合物（SAP）重现模拟的砾石床河，这是一种与水的透明指数相等的透明材料，就像模拟的河床砾石一样，我们已经成功地测量了过去的平均流量和湍流结构，在过去的情况下很难进行测量。此外，为了阐明碎石河床的沉积过程，这是导致森林河流森林的因素之一，我们还研究了附近和内部悬浮颗粒的行为与碎石河中的悬浮颗粒的行为与湍流结构之间的关系。同时测量了模拟河床内部粒子行为和周围的流场，表明湍流的组织结构导致悬浮的颗粒传输到砾石河床上，并从河床内部升起。接下来，我们致力于阐明植被社区周围的动荡现象，以了解在社区周围漂浮沙子沉积的过程，这是植被社区扩张的一个因素。关注植被的高度和植被元素作为参数的柔韧性，在四个不同植被群落周围的流场上进行了PIV测量，具有不同的弯曲刚度。结果表明，住宿高度和植被振荡的变化会影响植被尖端附近的垂直涡流和社区外边缘的水平涡旋。另一方面，尚无充分考虑涡流结构和社区附近的次级流的三维结构，关于植被摇摆形态与动量运输与浮动沉积物运输之间的关系，许多不清楚的观点仍然存在。我们将继续更详细地讨论这些观点，因为我们将讨论下一个财政年度及以后的问题，我们将继续致力于通过水道实验阐明实际河流中动荡的运输现象。

项目成果

PIV measurement of turbulent flow and particle motion over a rough wall

PIV 测量粗糙壁上的湍流和粒子运动

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of 12th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
• 作者: Matsumoto;K.;Okamoto;T.;Sanjou;M
• 通讯作者: M

半球粗度上流れの乱流現象とその粒子挙動への影響に関する実験的研究

半球粗糙度湍流现象及其对颗粒行为影响的实验研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡田啓頌;松本知将;岡本隆明;山上路生
• 通讯作者: 山上路生