RIM法を応用したPIV流速計測による河川の乱流輸送過程と樹林化メカニズムの解明

利用 RIM 方法的 PIV 速度测量阐明河流中的湍流传输过程和造林机制

• 批准号: 22KJ1958
• 负责人: 松本 知将
• 金额: $ 1.6万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1958/
• 关键词: 乱流構造; 河道内植生; 礫床流れ; 浮遊砂輸送; 屈折率整合法（RIM）; PIV

初年度の研究課題として，まず屈折率整合法（RIM）を応用したPIV流速計測による礫河床内部の流れ場の可視化計測に取り組んだ．室内水路において模擬礫床河川を再現し，水と屈折率が等しい低屈折率透明材質である高吸水性ポリマー（SAP）を模擬河床礫として用いることで，従来計測が困難であった礫背後の平均流・乱流構造の計測に成功した．また，実河川における樹林化の要因の一つである礫河床への種子の定着過程を明らかにするために，礫河床近傍および内部における浮遊粒子の挙動と乱流構造の関連についても検討した．模擬河床内部における粒子挙動とその周囲の流れ場の同時計測結果から，乱流の組織構造が浮遊粒子の礫河床への輸送および河床内部からの浮上を引き起こすことが示された．次に，植生群落拡大の要因となる群落周辺への浮遊砂堆積過程を理解するために，植生群落周辺における乱流現象の解明に取り組んだ．植生のパラメータとして植生高さや植生要素の柔軟性に着目し，曲げ剛性の異なる4通りの植生群落周辺の流れ場に対してPIV計測を実施した．その結果から，倒伏高さおよび植生揺動の変化が植生先端付近における鉛直渦および群落外縁における水平渦による運動量輸送過程に影響することが示唆された．一方で，群落近傍における渦構造や二次流の三次元的構造については十分な検討がなされていないほか，植生揺動形態と運動量輸送・浮遊砂輸送との関連についても未解明な点が多く残されている．これらの点についてのより詳細な考察を次年度以降の課題とし，引き続き実河川における乱流輸送現象の解明について水路実験を通じて取り組んでいきたい．

作为第一年的研究课题，我们首先通过使用折射率匹配法（RIM）测量 PIV 流速来可视化砾石河床内的流场。通过再现室内水道中的模拟砾石河床，并使用高吸水性聚合物（SAP）（一种与水折射率相同的低折射率透明材料）作为模拟河床砾石，测量砾石后面的区域，这在以前很难测量，我们成功地测量了平均流量和湍流结构。此外，为了阐明砾石河床上的种子沉降过程（这是真实河流中森林形成的因素之一），我们研究了砾石河床附近和内部悬浮颗粒的行为与湍流结构之间的关系。对模拟河床内部和周围流场的颗粒行为的同时测量表明，湍流结构导致悬浮颗粒被输送到砾石河床并从河床内部上浮。接下来，为了了解植被群落周围的悬浮沉积物沉积过程（这是植被群落扩张的一个因素），我们致力于阐明植被群落周围的湍流现象。以植被高度和植被要素的灵活性作为植被参数，对4个不同弯曲刚度的不同植被群落周围的流场进行了PIV测量。结果表明，倒伏高度和植被晃动的变化影响了植被尖端附近的垂直涡旋和群落外缘的水平涡旋的动量传递过程。另一方面，群落附近二次流的涡流结构和三维结构尚未得到充分研究，植被震动形式与动量输送和悬浮泥沙输送之间的关系还有许多未解决的问题。留下了。我想在明年及以后更详细地考虑这些要点，并继续致力于通过水槽实验来阐明真实河流中的湍流传输现象。

项目成果

PIV measurement of turbulent flow and particle motion over a rough wall

PIV 测量粗糙壁上的湍流和粒子运动

• 发表时间: 2022
• 作者: Matsumoto; K.; Okamoto; T.; Sanjou; M
• 通讯作者: M

PIV measurement of turbulent flow and particle motion over a rough wall

PIV 测量粗糙壁上的湍流和粒子运动

• 发表时间: 2022
• 作者: Matsumoto; K.; Okamoto; T.;Sanjou; M
• 通讯作者: M

半球粗度上流れの乱流現象とその粒子挙動への影響に関する実験的研究

半球粗糙度湍流现象及其对颗粒行为影响的实验研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡田啓頌; 松本知将; 岡本隆明; 山上路生
• 通讯作者: 山上路生