海洋波の砕波が大気-海洋間のガス輸送に果たす役割

海浪破碎在大气与海洋之间气体传输中的作用

基本信息

批准号：
11750460
负责人：
杉原裕司
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750460/
关键词：
ガス輸送海洋波風波砕波乱れ表面更新再曝気

项目摘要

本年度は,砕波を伴う風波界面下の乱流境界層の構造を記述するために,k-ε乱流モデルに基づく解析を行った.乱れの局所平衡の仮定とlog-wake則に基づいて,外層にも近似的に適用可能な,レイノルズ応力,乱れエネルギー,エネルギー散逸率,乱れエネルギーフラックス,渦動粘性係数の理論式を求めた.得られた理論式を慣性小領域に対応する低周波帯域の乱流特性量の実験値と比較した結果,これらは砕波を伴う風波下の乱流構造をうまく記述できることが確認された.また,表面更新理論に界面の伸縮速度(界面の発散効果)を取り入れて,新しいガス輸送係数式を導出した.界面の伸縮速度については,乱れエネルギーとエネルギー散逸率によって記述できることを示した.このガス輸送係数式を風波砕波界面へ適用する際に,界面での乱れエネルギーとエネルギー散逸率が必要となるが,これらは先に導出した乱流特性量の理論式を用いて評価できる.本研究で導出したガス輸送係数式では,界面の上昇流域で集中的に表面更新されることが仮定されているが,その妥当性を検証するために振動格子乱流水槽を用いて表面更新の可視化実験を行った.その結果,フレッシュな流体への更新は上昇流域において集中的に行われていることが確認された.海洋波界面の場合,このような表面更新が砕波による界面崩壊を通して大幅に促進するものと思われる.現在,表面更新ならびに気泡連行の定量的検討のために,精度の高い可視化実験が進行中である.さらに本研究では,微小酸素電極を用いることにより,塩水と真水の違いが酸素ガスの輸送に及ぼす影響についても検討した.ただし,その実験結果は既存の炭酸ガスの結果と異なっており,その正否を含めて今後さらに検討する必要がある.昨年度と今年度の研究結果より,砕波を伴う海洋波界面の乱流特性量とガス輸送係数の定量的評価がある程度の精度で可能であるものと考えられる.

今年，我们基于k-ε湍流模型进行了分析，描述了伴随着波浪破碎的风波界面下的湍流边界层结构。基于湍流局部平衡假设和对数尾流定律, 雷诺应力，可近似施加于外层，得到了湍流能量、能量耗散率、湍流能通量和涡粘系数的理论公式。将得到的理论公式与小惯性区域对应的低频段的湍流特征量的实验值进行了比较。由风浪和碎浪引起。证实可以很好地描述湍流结构。此外，将界面膨胀/收缩率（界面发散效应）纳入表面更新理论，推导了新的气体传输系数方程。界面膨胀/收缩率可以使用湍流能量和能量耗散进行计算。当将该气体传输系数方程应用于风浪破断界面时，需要界面处的湍流能量和能量耗散率，但这些可以使用先前导出的湍流特性理论来描述，并且可以使用公式来评估。。本研究中导出的气体传输系数方程假设表面在界面的上升区域集中更新，但为了验证其有效性，我们使用振动网格湍流槽可视化表面更新。结果证实，在海浪界面上，新鲜流体的更新集中发生，这种表面更新很大程度上是由破碎波引起的界面塌陷引起的。目前，对表面更新和气泡的定量测试。目前正在进行夹带。为此，高精度的可视化实验正在进行中。此外，在本研究中，我们还利用微氧电极研究了盐水和淡水之间的差异对氧气传输的影响。二氧化碳结果与实际结果存在差异，是否正确有待进一步探讨。从去年和今年的研究结果来看，对湍流特性和气体输运系数的定量评价人们认为，在伴随着破碎波浪的海浪界面上，这可能具有较高的精度。