砕波下の気固液混相乱流に対する局所相互作用の統計評価と沿岸物理環境境モデルの開発

破浪作用下气固液混相湍流局部相互作用的统计评估和沿海物理环境边界模型的开发

基本信息

批准号：
15760371
负责人：
渡部靖憲
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

・砕波が混入する気泡の砕波乱流への統計的寄与を明らかにするため,気液両相の速度の同時画像計測法を開発し,高解像計測を行った.この同時計測は,2つのデジタルビデオカメラに透過波数の異なる光学フィルターを設置し,蛍光着色した中立粒子と混入気泡にレーザー照射したそれぞれ励起光,反射光を選択的に記録し,Particle imaging velocimetryにより両相の速度分布を算定することで達成できる.この計測法の信頼性は,Ultrasonic Velocity Profilerとの比較によって検証された.気泡の混入が流体の乱流生成に統計的に大きな影響を与えると共に,気相の平均速度は流体の減速位相において流速の50%程度早い速度をもつ.これらの定量的に得られた統計量は砕波乱流のモデル化に使われる.・同一の画像計測法を底面砂の浮遊現象へ適用し,移動床上の浮遊イベント時の砂-流体相互作用の統計評価を行った.流体は底面近傍で上方へ向かう流れが卓越するが,砂はこれに追従せず形成されるリップルのクレスト方向へ移動する傾向がある.すなわち,浮遊砂は流体に対してパッシブな挙動をとらない.また,移動床上では,固定床と比べ境界層の剥離による力学的な影響が小さく,砂の浮遊に伴う流体の撹乱が乱れの生成の主要な役割を果たしていることが明らかになった.また,砂の浮遊にはこの撹乱に伴い強化された渦の再付着が大きくかかわっている.・砕波後のジェットの着水が生成する飛沫及び気泡を再現する数値モデルを開発した.これは,デカルト座標系上で自由水面での力学的境界条件を合理的に満足させ水面流速を適切に近似するものであり,正しく水面,渦そして表面張力による相互作用を評価するものである.このモデルにより,ジェットの着水に伴う二次ジェットの分裂及び局所的なキャビティーを再現し,砕波乱流のソースとなる水面の極近傍の渦生成を評価することが可能となった.

・为了明确与破碎波混合的气泡对破碎波湍流的统计贡献，我们开发了气相和液相速度的同步图像测量方法，并通过安装进行高分辨率粒子成像。在两台数码摄像机上安装具有不同传输波数的滤光片，分别选择性地记录荧光色中性颗粒和夹带气泡的激发光和反射光。这可以通过使用测速法计算两相的速度分布来实现。这种测量方法的可靠性是通过与Profiler对比验证，气泡的包含对流体湍流的产生具有统计学上显着的影响，气相的平均速度比流体减速阶段的流速快50%左右。获得的统计数据用于模拟破浪湍流。同样的图像测量方法应用于底砂的漂浮现象，并且我们对上述漂浮事件期间沙子与流体的相互作用进行了统计评估。流体主要在底部附近向上流动，但沙子并不跟随这种流动，而是倾向于向形成的波纹的顶部移动。，悬浮砂相对于流体不会表现出被动行为。此外，在移动床上，由于边界层分离而产生的机械影响比在固定床上小。已经清楚的是，伴随砂悬浮的流体的扰动在湍流的产生中起着主要作用。此外，由于这种扰动而加强的涡流的重新附着是砂悬浮中的主要因素。一种数值模型，可再现喷气式飞机在破浪后降落在水面上所产生的水滴和气泡。该模型合理地满足了科学的边界条件，适当地近似了水面流速，准确地评估了水面、涡流和表面张力之间的相互作用，通过再现射流破碎和局部空腔，使得评估附近涡流的产生成为可能。水面，这是破浪湍流的来源。