モデルの検証

(1)  縦 断 方 向 の 圧 力 変 化  

Fig.3-5 に V0が 4.0 m/s の 時 の Case1’〜3’に お け る 縦 断 方 向 の 圧 力 変 化 を 示 す ． 横 軸 は ， 流 入 境 界 を 0m と し た 流 れ 方 向 の 距 離 x で あ り ， hx

は 流 出 境 界 の 水 頭 を 基 準 と し た 場 合 の 各 地 点 x に お け る 水 頭 差 を 示 し て い る ．す べ て の ケ ー ス に お い て ，上 流 端 か ら 0.1m 地 点 以 降 で は hxが お お む ね 一 定 勾 配 で 減 少 し て い る こ と か ら ，上 流 側 圧 力 評 価 位 置 で は 十 分 に 発 達 し た 流 れ に な っ て お り ，本 モ デ ル の 助 走 区 間 は 十 分 で あ る こ と が わ か る ．ま た ，止 水 バ ン ド 付 近 で は 圧 力 が 大 き く 変 動 し て い る が ，上 流 側 圧 力 評 価 位 置 と 下 流 側 圧 力 評 価 位 置 で は 圧 力 勾 配 が お お む ね 一 定 で あ る こ と か ら ，こ の 2 点 の 圧 力 か ら 止 水 バ ン ド に よ る 損 失 水 頭 を 評 価 で き る と い え る ．

-1,000 -800 -600 -400 -200 0 200 400

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

hx(mm)

距離(m)

Case1' Case2' Case3'

Fig.3-5 縦 断 方 向 の 圧 力 変 動 上 流 側 圧 力

評 価 位 置(U)

下 流 側 圧 力 評 価 位 置(D)

(2)  水 理 模 型 実 験 と の 比 較  

Fig.3-6 に Case1’〜3’お よ び 水 理 模 型 実 験 の Case1-1〜1-3に お け る 損 失 水 頭 と 流 速 の 関 係 を 示 す ． 数 値 実 験 に お け る 上 流 側 圧 力 評 価 位 置(U)か ら 下 流 側 圧 力 評 価 位 置(D)ま で の 損 失 水 頭 を hUDと す る と ，

hUD = hU−hD と な る ．Case1-1〜1-3 に お け る 損 失 水 頭 は ，水 理 模 型 実 験 に お け る A-B 間 の 距 離 が ，U-D 間 の 距 離 の 5 倍 で あ る こ と か ら hAB / 5 と し た ．図 よ り ，す べ て の ケ ー ス で 流 速 が 速 く な る ほ ど 損 失 水 頭 は 大 き く な っ て い る ． ま た ， す べ て の 場 合 で 損 失 水 頭 は 数 値 実 験 の 方 が 模 型 実 験 よ り も わ ず か に 大 き い ． こ れ は ， 止 水 バ ン ド な し Case1’と Case1-1 で も 違 い が 生 じ て い る こ と か ら ，数 値 実 験 に お け る 壁 面 摩 擦 や 乱 流 に よ る エ ネ ル ギ ー 損 失 が 水 理 模 型 実 験 よ り 大 き く な っ た た め と 考 え ら れ る ．

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

hAB/5(mm) hUD(mm)

流速(m/s) Case1'

Case2' Case3' Case1-1 Case1-2 Case1-3

Fig.3-6 損 失 水 頭 と 流 速 の 関 係

（Case1’〜3’，Case1-1〜1-3）

水 理 模 型 実 験 と 同 様 に ， (2.3.1)〜(2.3.3)式 に よ っ て Case2’〜3’の 損 失 係 数 fbと Re を 求 め る と Fig.3-7 の と お り で あ る ． 図 よ り ， い ず れ の ケ ー ス で も ，Re が 変 化 し て も fbに 大 き な 変 化 は み ら れ な い ．

Fig.3-7 に お け る 最 大 Re（V0=4.0m/s） で の fbと バ ン ド 厚 さ の 関 係 を 模 型 実 験 と 数 値 実 験 で 比 較 す る と Table 3-4 の よ う に な る ．fbは 模 型 実 験 よ り 数 値 実 験 の 方 が わ ず か に 大 き い 値 と な っ た が ，w が 1mm 大 き く な っ た 場 合 の fbの 増 加 量 は ，模 型 実 験 が 0.015，数 値 実 験 が 0.016 で あ り ，ほ ぼ 同 じ で あ っ た ．し た が っ て ，本 数 値 実 験 で は 水 理 模 型 実 験 よ り 損 失 係 数 を 大 き く 評 価 す る が そ の 差 は わ ず か で あ り ，止 水 バ ン ド の 形 状 の 違 い が 損 失 係 数 に 与 え る 影 響 の 評 価 は 可 能 で あ る と 考 え ら れ る ．

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

1.0.E+04 1.0.E+05 1.0.E+06

fb

Re

Case2' Case3'

10⁵ 10⁶

10⁴

Fig.3-7 損 失 係 数 と レ イ ノ ル ズ 数 の 関 係

（Case2’〜3’）

Table 3-4 模 型 実 験 と 数 値 実 験 の 損 失 係 数

H fb

模 型 実 験

数 値 実 験 2mm 0.016 0.019 3mm 0.031 0.035 差 0.015 0.016