結 語

本章では強乱流場の流速計測を可能とするPIV手法を開発すると同時に,二重床風洞水槽に よって得られる吹送流の全流量を基に,平均水面直下の吹送流の鉛直分布,流量および風波パ

ラメータについて検討した.以下にその主要な結果についてまとめる.

1･粒子追跡法の2時刻粒子追跡法(Two‑flamePTV)と相関法の直接相互相関法(Direct‑

CCMPIV)の手法を開発し,風波場に適用させた･その結果,白波立った水面直下の気

泡と強い撹乱を伴う速度場の高精度な流速値の算出には,直接相互相関法が適している ことがわかった.

2.強風下の吹送流の鉛直分布は,有義波高の約2倍の深さから水面へ急激な風向き方向の 増加を示し,風速佑=12.Om/sになると,吹送流の全流量の約3割が表層で輸送される

ことがわかった･さらに,このときの流量が佑=3.3m/sの3倍にも相当していることか ら,砕波による駆動力作用が水面表層の吹送流の発達および下方への拡大に重要な影響 を及ぼしていると推察される.

3.戻り流れの影響を数値的に差し引いた純粋な吹送流の流速値を基に,べき則および対数 則を適用させた最小2乗法によって,吹送流の鉛直分布の定式化を行った.その結果,砕

波を伴う強風速になると,水面直下にはべき則層が形成されることが明らかになった.

4.吹送流の鉛直分布の定式化の妥当性を検証するために,下段水路から検出された吹送流 の全流量との比較を行った.その結果,強風下における水面直下の吹送流の輸送量の算

出には,べき則層の影響のみならず,gわたeβdr構およびぶ祝7カceγ℃ggeγの影響も考慮す る必要があることがわかった.これによって,今まで計測の困難さから空白域であった

平均水面下の流速分布が正確に与えられるようになった.

5.従来から言われて来た水面下の非対数則層の存在を明確にし,その層がべき則に従いな がら風速の増大とともに下方へと発達するものの,その層厚が白波状態の強風下であっ

ても有義波高の2倍程度に留まることを明らかにした.

6.強風時の白波立った水面下では壁法則を仮定したせん断応力の連続条件が成立しないこ とを示した.このことは,べき則層の発達によるものであり,その層を考慮したモデル

の確立が必要であることを示唆するものである.

[1]Weber,J.E.andA.Melsom(1993):Volumefluxinducedbywindandwaveina

Saturatedsea,J.Geophys.Res.,Vol･98,ppA739‑4745･

[2]Mituyasu,H.(1985):Anoteonthemomentumtransferfromwindtowaves,J･

Ceopんyβ.月eβ.,Vol.90,pp.3343‑3345･

[3]Melville,W.K.andR･J･Rapp(1985):Momentumfluxinbreakingwaves,Naturt:,

Vol.317,pp.514‑516.

【4]安田孝志･水谷夏樹･板野誠司･井坂健司･西部義彦･小林智尚(2000)‥吹送流の発達 と流速分布に及ぼす風波砕波の影響について,海岸工学論文乳第47巻,pp.441‑445.

[5]Cheung,T.K.andR.L･Street(1988):Theturbulentlayerinthewateratan

air‑Waterinterface,J.FluidMech.,Vol･194,pp･131‑151･

[6]竹原幸生･江藤剛寺司･前田崇址･相武克彦(2000):PTVによる風波発生時の水面近傍 の気流･水流計測払海岸工学論文集,第47巻,pp.101‑105.

[7]J･Ⅵ厄(1975):Wind‑induceddriftcurrents,J･FluidMech･,Vol･68,pp･49‑70･

[8]近江和生･李航宇･DaoHaiLam(2000):PTVにおける粒子画像抽出の新アルゴリズ

ム,可視化情報,Vol.20,pp.39‑47.

[9】大津展之(1980)‥判別および最小2乗基準に基づく自動しきい値選定乳電子通信学会

論文誌,D,J‑63,pp.349‑356.

[10]尾崎弘･谷口慶治(1988)‥画像処理‑その基礎から応用まで‑,共立出晩167p･

[11】S.J.Baek,S.J.Lee(1996):Anewtwo‑frameparticletrackingalgorithmusing

matchprobability,EqerimentsinFluid,Vol･22,pP･23‑32･

[12]木村一郎･高森年･井上隆(1987)‥相関を利用した流れ場の速度ベクトル分布の画像計 測一円後流の変動渦への適軋計測自動制御学会論文集,23‑2,pp.101‑107.

【13]高橋大輔(1996)‥理工系の基礎数学8数値計算,岩波書店,52p.

[14】Duncan,J.H.(1981):Anexperimentalinvestigationofbreakingwavesproducedby

atowedhydrofoil,Prvc.Roy.Soc.London,A377,pp.331‑348.

53

[15]Kitaigorodskii,S.A.,M.A.Donelan,J･L･Lumley,andE･A･Terray(1996):

Waveturblenceinteractionsintheupperocean,ⅠⅠ:Statisticalcharacteristicsofwave andturbulent componentsoftherandamvelocityfieldinthemarinesurfacelayer, J.Pんyβ.Oceαれ0タr.,Vol.13,pp･1988‑1999･

【16〕Bye,J.A.T.(1965):Wind‑drivencirculationinunstratifiedlakes,Limnol･Oceano9r,

10,pp.451‑458.

[17〕Churchill,J.H.,andG.T.Csanady(1983):Near‑Surfacemeasurementsofquasi‑

Lagrangianvelocitiesinopenwater,J.Phys･Oceano9r･,Vol･13,pp･1669‑1680･

[18]Bye,J.A.T.(1988):Thecouplingofwavedriftandwindvelocityprofi1es,J･Marine

月eβ.,46,pp.457‑472.

[19]Charnock,H･(1955):Wind‑StreSSOnWaterSurface,Quart･J･Roy･Met･Soc･,81,

pp.639‑640.