Development of pyroclastic surge flow model and elucidation of the damage toward human body in pyroclastic surge for planning effective disaster countermeasures

点击翻译按钮获取中文摘要

火砕流の中でも特に希薄な層である火砕サージを対象とし、三次元乱流モデルを開発した。近年発表された火砕流を対象としたベンチマーク問題を計算することで開発したモデルの検証を行った。既往研究では三次元性を考慮せず浅水流モデルなどでこの問題が解かれていたが、本研究では二次元に近い状態と三次元の両方で計算した。提唱するモデルはベンチマークを高精度で再現し、従来考えられていなかった流動における三次元性の影響について示すことに成功した。さらに、実際の計算において、一般に考えられているより大きな乱流の効果が必要であることを示唆した。上述の成果はBulletin of Volcanologyに投稿予定である。また、この結果を踏まえ流体―人体連成モデルの開発に着手した。以上の研究と同時に、火砕サージ内における粒子の挙動について、実験を行うこととした。火砕流を含む重力流では、周囲流体を取り込むエントレイメントという現象が流動において重要な役割を担っていると考えられている。特に火砕流のように内部における粒子の振舞いが支配的なものを粒子重力流と呼ぶが、粒子の振舞いに対し知見は少なく、そのモデル化も行われていない。そこで、水槽内を水で満たし、水槽に粒子と染料の混合物を流すことで粒子重力流の流動過程について、解析を進めた。粒子としてシリコンカーバイトを用意し、六種類の粒径で上述の実験を行った。体積の増加が沈降速度により支配されることを示し、一般的なboxモデルと異なり沈降とエントレイメントを考慮した新たなモデルは、体積と先端部の位置を良好に再現した。上述の内容はJournal of Fluid Mechanicsに投稿予定である。