風水洞における自由表面影響を考慮した海上風境界層制御に関する実験的研究

考虑自由面效应的海上风边界层控制风洞试验研究

• 批准号: 20K04952
• 负责人: 佐藤 宏
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04952/
• 关键词: 海上風; 風水洞; 自由表面影響; 境界層制御; 波浪中

自由表面影響を考慮した風速の鉛直プロファイルを作成するため、変動風水洞で平水中の風速分布計測を行ない、海上風を模擬した風速の鉛直プロファイルを再現するための技術検討を行った。水深1.5mの状態で変動風水洞の基本特性を調査するため、定常風（5、15、25m/sec）の鉛直方向の風速分布計測を水槽先端から4.5、7.5、10.5mの3か所で水面下10～1200mm（水面付近は詳細）で計測を実施した。計測は水面付近の乱流を計測するため100KHzで収録、また、水面付近への風の流入角度を調整するための可動床の傾斜角度を5、10degの2種類で計測し、風速影響、計測位置による影響及び可動床の傾斜角度影響を調査した。海上風の風速を表現するべき法則（1/7乗）による鉛直分布を再現する方法として粗度部材を用いた手法の検討を行った。粗度部材には45、90mmの角材を可動床に設置した。また、自由表面が風速に及ぼす影響を調べるために、規則変動風（平均風速、15m/sec、変動周期30、50sec、変動振幅を±25、50％）を用いて風速分布の計測を行なった。定常風による風速分布の計測結果では、計測の前後位置の違いにより水面上300mmの高さ付近まで風速の無次元値に差が生じたが、それ以上ではほぼ同じ値となった。可動床の角度による大きな差も見られなかった。粗度部材を用いた計測では可動床の傾斜角度が5deg、粗度部材90mmの場合に海上風の鉛直分布を表現した1/7乗則に最も近い結果が得られた。最後に実施した変動風の計測では、自由表面の有無が風速に及ぼす影響を調べた。その結果、水面上100mmの高さでは自由表面のある場合がない場合に比べ平均40％小さくなった。本計測は使用した粗度部材のサイズは2種類であり、もう少し詳細な検討が必要である。更に、今回は平水中での計測であったため波浪中での計測も必要であると考えられる。

为了考虑到自由表面的影响，为了创建风速的垂直轮廓，在波动的风水隧道中测量了风速分布，并研究了技术以重现模拟海上风的风速的垂直轮廓。为了研究波动风水隧道的基本特征，深度为1.5m，在三个位置（4.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5、7.5和10.5m）进行垂直风速分布测量，距储罐的尖端，在10到1200mm的表面下方的10至1200mm。在100 kHz处记录测量值，以测量水面附近的湍流，并以两种方式测量了可移动床的倾斜角度：5和10度，以调节风流与水面的角度，并研究了风速的效果，测量位置的效果以及可移动床的倾斜角度的效果。我们研究了一种使用粗糙度成员作为基于应表达海上风速（1/7功率）风速的垂直分布的方法来重现垂直分布的方法。粗糙度的组件是可移动地板上的45-90mm平方木材。此外，为了研究自由表面对风速的影响，使用常规波动风（平均风速为15 m/sec，波动周期30，50 sec，波动振幅±25，50％）来测量风速分布。在由于稳态风引起的风速分布的测量结果中，由于测量的前后位置的差异，风速无量纲值的差异是在表面上方300 mm的点产生的，但是如果高于该值，则该值几乎相同。由于可移动地板的角度，没有显着差异。使用粗糙度成员的测量结果最接近1/7的功率定律，当可移动床的倾斜角度为5DEG时，它表达了海上风的垂直分布，而粗糙度成员为90mm。进行了最后的风向测量，并研究了自由表面对风速的影响。结果，在水面上方100毫米的高度上，平均值比没有自由表面的时候小40％。该测量涉及使用两种尺寸的粗糙度成员，需要更详细的考虑。此外，由于这次测量是在平坦的水中进行的，因此人们认为在波浪中也需要测量。