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GAs-exchange and Physical Modeling of Wind Wave Project 2006

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GAs-exchange and Physical Modeling of Wind Wave 2006: GAP06

目的

 高風速時の風波境界面における物質移動速度は,大気・海洋境界面における熱,運動量そして物質移動に重要である.本実験では風洞水路内の気相,液相の流速,濃度変化,気泡量を同時計測することにより,風波境界面における物質輸送のメカニズムと組織渦,気泡が果たす役割を明らかにする.

特に以下の現象に注目して研究を進める.

  • Micro scale wave breaking
  • Down Burstのトリガーとメカニズム
  • 気泡,乱流とガス輸送の関係

研究体制

構成

  • 近畿大学:竹原幸生(とりまとめ)
  • 大阪産大:水谷夏樹
  • 大阪市大:森 信人

履歴

  • 2006/4/5: 第1回打ち合わせ(近畿大学にて)
    • プロジェクトの方向性を確認
    • 次回までにMicro scale breaking(水谷), Down burst(竹原),Bubble and gas transfer(森)がパートについてターゲットと計測方法の具体化を図る.
  • 2006/7/8: 第2回打ち合わせ(梅田にて)
    • プロジェクトの目標設定

ターゲット

風波における混入気泡とガス交換

混入気泡の時間平均量

  • 混入深さ,気泡径スペクトルとfetch・波齢の関係
  • 海面濃度aとfetch・波齢の関係
  • 気泡移動速度

混入気泡の非定常特性

  • 気泡混入の間欠性とfetch・波齢の関係
  • Injection, lift時の気泡径スペクトル変化
  • Injection, lift時の気泡移動速度

液相の乱流特性と気泡の関係

  • 乱流特性を真水,界面活性操作下で測定し,気泡混入量による乱流特性の変化を調べる

手法

手法の概略

  • 気相 Super Resolution PTV
  • 液相 Super Resolution PTV
  • 濃度 2 Color LIF
  • 気泡 Bubble-PTV

機材

  • 高速度カメラ
    • 近畿大学:1台
    • 大阪市大:3台
  • CCDカメラ(ES1.0)
    • 近畿大学:1台(10bit),1台(8bit)
    • 大阪産大:2台( 8bit)
    • 大阪市大:2台(10bit)
  • レーザー 1台(大阪市大)
    • 近畿大学
      • YAG DP 15mJ
      • 連続光 8W (532nm)
    • 大阪産大:2台(10bit)
      • YAG DP 150mJ
    • 大阪市大
      • 連続光 5W (532nm)

条件

得られた結果

参考文献

  • 角野昇八・鈴木琢磨・大西祥久・日引 俊(2004):現地小砕波の連行気泡特性に関する実験的研究,海岸工学論文集,第51巻,pp.91-95.
  • 鈴木琢磨・森 信人・角野昇八・大西祥久 (2005) 砕波帯における連行気泡のスケール効果と乱流特性に関する実験的研究,海岸工学論文集,第52巻,pp.91-95.
  • 森 信人・今村正裕(2003):風波砕波の気泡分布特性について,海岸工学論文集,第50巻,pp.111-115.
  • Batchelor, G.K.(1967):An Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge University Press, 615p.
  • Chanson, H., S. Aoki, M. Maruyama(2002):Unsteady air bubble entrainment and detrainment at plunging breaker: Dominant time scales and similarity of water level variation, Coastal Engineering, No.46, pp.139-157.
  • Cox, D.T. and S. Shin(2003):Laboratory measurements of void fraction and turbulence in the bore region of surf zone waves,Journal of Engineering Mechanics,Vol.129,No.10, pp.1197-1205.
  • Deane, G.B., M.D. Stokes(2002):Scale dependence of bubble creation mechanisms in breaking waves, Nature, 418, pp.839-844.
  • Hoque, A. and S. Aoki(2005):Distributions of void fraction under breaking waves in the surf zone, Ocean Engineering, Vol.32, pp.1829-1840.
  • Garrett, C., M. Li and D. Farmer (2000) The connection between bubble size spectra and energy dissipation rate in the upper ocean, JPO, 30, pp.2163-2171.
  • Mori, N.(2003):Experimental study of air bubble distributions induced by wind wave breaking, Proceedings of Second Asia Pacific Coasts, in CD-ROM.
  • Mori, N., S. Kakuno, T. Suzuki and Y. Ohnishi(2006):Experimental study of air bubbles and turbulence characteristics in the surf zone, Journal of Geophysical Research, 印刷中.
  • Ryu, Y., K.A. Chang and H.J. Lim(2005):Use of bubble image velocimetry for measurement of plunging wave impinging on structure and associated greenwater, Measurement Science and Technology, Vol.16, pp.1945-1953.