風波乱流場における物質移動機構および乱流構造に関する研究

风浪湍流场传质机理及湍流结构研究

基本信息

批准号：
04J01153
负责人：
丹野賢二
金额：
$ 1.79万
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：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

地球温暖化の正確な予測を行うためには、地球表面の約7割を占める海洋と大気との間での二酸化炭素を始めとする温暖化物質の交換量を正確に評価する必要がある。そのため、物質の移動速度を表す物質移動係数の海洋での測定はこれまで数多く行われてきた。しかし、それらの測定値には大きなばらつきが見られ、またそれらの測定値を相関することにより得られた現在の物質の移動モデルの信頼性は極めて低いのが現状である。そこで本研究では、風波乱流水槽と呼ばれる実験装置を用いた室内実験を通して、気流によるせん断が働く風波気液界面を通しての二酸化炭素の移動量を精度良く測定することにより、信頼性の高い大気・海洋間の物質の移動モデルを構築することを目的としている。本年度は、これまでに大型および小型の風波乱流水槽において得られた物質移動係数を比較することにより、大きさが異なる装置において測定された物質移動係数を比較する際に如何なるパラメータを用いるべきかについて検討を行った。さらに、室内実験において得られた物質移動係数を海水に対する物質移動係数へと換算し、それらを海洋において得られた物質移動係数と比較することにより、室内実験より得られた物質移動係数を風波乱流場のスケールが大きく異なる海洋へと適用する際に、如何なるパラメータを用いるべきかについての検討を行った。以下に得られた知見を列記する。・大きさの異なる風波水槽において得られた物質移動係数を比較する際には、従来用いられてきた気側の摩擦速度、および海面上10mの高さの風速を用いるのは適切ではなく、気側一様流速を用いるのが適切である。・室内実験において得られた物質移動係数を海洋へと適用する際にも、気側の摩擦速度、および海面上10mの高さの風速を用いるのは適切ではなく、外層領域での風速を用いるのが適切である。これらの結果をまとめた博士論文を執筆し、工学博士の学位を取得するとともに、現在は学術雑誌に論文を投稿中である。

为了准确预测全球变暖，有必要准确评估海洋和大气之间交换的二氧化碳和其他变暖物质的数量，海洋和大气约占地球表面的70%。因此，人们在海洋中对表示质量运动速度的传质系数进行了许多测量。然而，这些测量值存在很大的变化，并且通过关联这些测量值而获得的当前质量运输模型的可靠性目前极低。因此，在这项研究中，我们利用一种称为风波湍流罐的实验装置进行了实验室实验，以精确测量通过风波气液界面传输的二氧化碳量，其中气流引起的剪切力就是目的。建立海洋之间物质流动的模型。今年，通过比较迄今为止在大型和小型风波湍流水族馆中获得的传质系数，我们将研究在比较不同尺寸的设备中测量的传质系数时应使用哪些参数。我们考虑了以下内容。此外，通过将实验室实验获得的传质系数转换为海水传质系数，并与海洋中获得的传质系数进行比较，我们计算出实验室实验获得的传质系数应该使用哪些参数。当将该方法应用于海洋时，海洋中的流场规模差异很大。所获得的结果列出如下。・在比较不同尺寸的风浪池中获得的传质系数时，使用传统上使用的空气侧摩擦速度和距海面10m高度的风速是不合适的。宜采用横向均匀流速。・将室内实验得到的传质系数应用于海洋时，不宜使用空气侧的摩擦速度和距海面10m高度处的风速，而应使用空气侧的风速。外层区域是合适的。他写了一篇总结这些结果的博士论文，获得了工程学博士学位，目前正在将论文提交给一家学术期刊。