鹿児島大学学内共同利用回流水槽の設計思想と特徴 およびその性能
著者 米盛 亨, 奈良迫 嘉一, 前川 博, 今井 健彦, 中山
博, 豊広 利信
雑誌名 鹿児島大学水産学部紀要=Memoirs of Faculty of Fisheries Kagoshima University
巻 36
号 1
ページ 67‑87
別言語のタイトル New Circulating Water Channel in Kagoshima University, Its Design Concept, Special Features and Performances
URL http://hdl.handle.net/10232/13353
Abstract
鹿児島大学学内共同利用回流水槽の 設計思想と特徴およびその 性能
嘉 一博 ●● 一別竺呈
川 博 広 利 信 米 盛 亨 ・ 奈 良 迫
今 井 健 彦 ・ 中 山
NewCirculatingWaterChannelinKagoshimaUniversity，
ItsDesignConcept、SpecialFeaturesandPerformances
T o o r u Y o N E M o R I * ' ， Y o s h i k a z u N A R A s A K o * ' . * ５ ， H i r o s h i M A E K A w A ．
＊２TakehikolMAI*３，HiroshiNAKAYAMA*landToshinobuToYoHIRo
＊２Ｍｅｍ､Fac・Fish.，KagoshimaUniv・
Vol､36,No.１，ｐｐ,67〜8７（1987）
Thisreportrepresentsageneraldescriptionofthenewcirculatingwaterchannelwhichwas situatedinthesiteofFacultyofFisheries，KagoshimaUniversityinMarchl986・
Ｔｏａｒｒａｎｇｅｔｈｅｂａｓｉｃｄｅｓｉｇｎｆｏｒｔｈｅｗaterchannel，acommitteewasorganizedandthe principalitemsweredetermined・
Accordingtothespecification，watercapacityinthesystem：８０tons，sizeofthemeasuring section：６．０minlength，２．０ｍｉｎｗｉｄｔｈ，１．０ｍｉｎｄｅｐｔｈ，maximumwatervelocityatthe measuringsection：２．０ｍ/s，
Moreover，demandswerepresentedinconnectionwiththecapabilityofvelocityprofile，
turbulentintensity，stationarywavesandwatersurfacegradient・
Theresultsoftherunningexaminationswerealmostsatisfactoryexceptonvelocityprofile・ Amongthedifficultiesconcemigvelocityprofile，thesettingofrevolutionfortwo acceleratorsisconsideredasubjectinafuturestudy．
鹿児島大学水産学部では，昭和30年に設置された水平循環型で運転流速範囲が0.1〜１．０ ｍ/ｓの回流水槽が最近まで使用されていた。しかしながら，回流水槽の 性能の向上はめざ ましくその応用は様々な分野に広がり，現在我国だけでも60基以上設置されている。本学に
＊１ 鹿児島大学水産学部漁法学研究室（LaboratoryofFishingTechnology，FacultyofFisheries，
KagoshimaUniversity，50‑20Shimoarata4，Kagoshima,８９０Japan）
鹿児島大学工学部水力工学研究室（LaboratoryofHydraulicEngineering，Facultyof Engineering，KagoshimaUniversity，21‑40Korimotol，Kagoshima，８９０Japan）
鹿児島大学水産学部漁具学研究室（LaboratoryofFishingGearScience，FacultyofFisheries，
KagoshimaUniversity，50‑20Shimoarata4，Kagoshima，８９０Japan）
鹿児島大学水産学部漁船運用学研究室（LaboratoryofFishingVesselSeamanship，Facultyof Fisheries，KagoshimaUniversity，50‑20Shimoarata4，Kagoshima，８９０Japan）
鹿児島大学名誉教授（Professoremeritus，KagoshimaUniversity・PresentAddress：32‑12 Murasakibarul，Kagoshima，８９０Japan）
＊２
＊３
４５ ＊＊
6８ 鹿児島大学水産学部紀要第36巻第１号（1987）
おいても，回流水槽を使った本格的な各種試験の要求が高まり，水産学部を中心に工学部，
農学部，教育学部など全学的に新世代の水槽の設置に対する希望が出ていたが，昭和60年度，
文部省より研究施設設備としてその建設が認められた。
その経緯で，本学の新しい回流水槽は，水産学部，工学部，農学部，教育学部の共同利用 研究設備として広い分野の研究・実験に使用できるように汎用水槽とした。そして，その基 本設計は水槽設置準備委員会*のメンバーが行った。
一方，石油危機以降に設置された回流水槽はその歴史の中で，経済性を考慮して測定部寸 法は大きくし而も全体寸法を小さくした水槽が主流となっている。本学の回流水槽もその特 徴を考慮しながら共同利用研究設備としての機能を十分発揮するように計画された。本報告 は，６１年度に行った水槽性能試験の結果を，回流水槽の設計ならびに水槽設備の概要ととも に述べたものである。
１ ． 主 な 記 号
Ｘ，Ｙ，Ｚ：制波板から流路軸方向，流路幅方向および垂直方向下向きの距離(ｍ，ｍ､）
Ｄ：計測水路の深さ（ｍ，ｍ､）
Ｗ：計測水路の幅（ｍ，ｍ､）
Ｕ：断面平均流速（ｍ/s）
Ｎ：インペラ回転数（rpm）
ｎ：表面および底面ローダ回転数（rpm）
X'，Ｙ'，Ｚ'：流路軸方向，流路幅方向および垂直方向のトラバース装置の軸
２ ． 基 本 計 画 回流水槽を計画するにあたり，以下の点について留意した。
(1)観測部が大きく様々な流れの可視化による流れの観察が容易に行えるようになっている こと。
(2)使用できる流速範囲が広いこと。
(3)流速分布が一様であること。
(4)定在波およびサージングが極力小さいこと。
(5)水面傾斜が極力小さいこと。
(6)測定部の流速が設定値に達した後，一定流速で連続運転できること。
(7)水槽の各機器の操作は原則として主操作盤で行い，動作の確認が行えること。
(8)運転中に危険が生じた場合に，直ちに運転を停止できるようになっていること。
(9)十分な防振・防音対策を施すこと。
(10リ製作精度が高く，測定部において平坦度が士２mm以内であること。
＊奈良迫嘉一・米盛亨・今井健彦・中山博（鹿児島大学水産学部）
前川博（鹿児島大学工学部）
米盛・奈良迫・前川・今井・中山・豊広：学内共同利用回流水槽について 6９
回流水槽の測定部の大きさは，各種実験課題において必要な模型の大きさから決まる。こ れは，側壁の影響を実験誤差の範囲にとどめ，流れにおけるレイノルズ数やフルード数をど の程度に保って実験できるかを考慮して決められる。もちろん，レイノルズ数やフルード数 は流速にも依存するが，模型の寸法は大きいほうが概して測定精度が高くなる。しかし，あ まり大きいと取り扱いが容易でなくなるので，基礎研究を重視する大学の実験研究において は適当な寸法はおおよそ与えられている。本水槽では測定部の最大流速を２ｍ/ｓとしてい るので，測定部の長さを６，，幅２ｍ，水深１ｍとすれば，水槽の流れの乱れ度の影響を考 慮しても，おおよそ臨界レイノルズ数以上の実験ができることになる。
水槽は，その時代の試験課題とともにどのような計測技術を使用するかによって，その特 徴が異なってくる。流れの状態を観察することは，基礎的な研究のみならず各種の実用試験 においてもその意義は大きいので，近年，流れの可視化は様々な分野で行われている''・本 水槽においても，流れの可視化を行いやすいように，大きな観測部に大きな観測窓を設ける ようにした。観測窓が大きいため水面および底面の流れも観測できる。また，観測窓が側面 と下面にあるため側面と上下面から同時に流れを観測できるようになっている。そして，観 測窓のガラスは水槽の外からの撮影に障害にならないように，すべて大きな合せフロートガ ラスでできている。また，開放部をもつ回流水槽では気泡の混入が避けられないが，その混 入した気泡を十分除去できるような構造を本回流水槽はもっている。
計測部における流速範囲を，0.025〜2.0ｍ/ｓとできるだけ幅広く設定し連続可変とした ので，本水槽は各種研究課題への適用が期待できる。回流水槽の理想からいえば，流速分布 の一様性が計測部全空間にわたって保たれることが望ましい。しかし，たとえば模型実験に 際して，模型をとりまく一部空間の範囲内での流れが十分に一様であれば，それよりはるか に外の空間で平均流速に対する数パーセントの偏差を生じても，その計測誤差は許容できる と考えてよい。特に，壁面から１０cm程度の場所は計測の対象になることがないので，壁面か ら10cmの範囲を除いた部分で平均流速に対する偏差の大きさを指定することとした。流速分 布はその許容偏差を流速1.0ｍ/ｓにおいて±1.5％以内とした。また水面傾斜がl/4000以下 であれば，抵抗試験の補正は不要で，水面は十分に水平が保たれていると考えることができ る2)。次に，通常の回流水槽では測定部が大気圧に開放されているため，ノズルの出口ある いは制波板の端で圧力の不連続が存在することによって定在波が生じるが，現存する国内の
回流水槽について調べた結果をＦｉｇ．１に示す3)。定在波が流速１ｍ/ｓで±１mm以下であれ
ば現在の回流水槽としてほぼ十分な値であると思われる。サージングは測定部の水位が長周 期で上下する現象で，その原因は現時点で完全には解明されていないが，この量が大きくな ると流れの観察や計測が困難になる。サージングの一つの原因は剥離流の非定常性と考えら れているので，デイフューザ部などでの剥離を極力抑えた設計をしなければならない。現在，
サージング量が0.5mm以下の回流水槽も存在するが，国内の回流水槽では流速１．０ｍ/ｓでお およそ0.5‑2.0mmが普通である。本水槽においては許容量がやや大きいが，流速１．０ｍ/ｓで 士１ｍｍ以下を設計条件とした。サージングは圧力変動とともに速度変動になって現れると考 えられているので，性能試験の項目に流れの乱れ強さも加えその結果を示す。
計画された回流水槽の性能諸元をＴａｂｌｅｌに示す。また，Ｆｉｇ．２は本回流水槽の平面図 および側面図である。
００１
鹿児島大学水産学部紀要第36巻第１号（1987）
ｏｆRecent（､ircuIatinglJaterChannel
④ン㈲ヱン﹄飼匡︒一一︾ぬ↑◎一二四一①二 Ｏ
ＩＩｌＩ可ｌｌｌｌｌｌｌｌＪ
●
④ン雲ごｇｏ二塁いち云普①三 ０５１
︵匡匿︶ヱ色
１ ４
lｅ 7０
０．５２Xo2/ｑ（､）1.0
Ｆｉｇ．１．Characteristiccurvesofstationarywavequotedfromcirculating waterchannelsinJapan．
５０
︵屋︶べ
０．０
0 . 6 ０ ． ８ １ ． ０ １ ． ２ Ｕ（、／ｓ）
Table１．SpecifiedltemofCirculatingWaterChannel
Ｔype ２１mpellersDrivingVerticalType
TestSection
Length：６ｍ（EffectiveLength：5.2ｍ）
WaterDepth：１ｍ，Width：２ｍ RectangularCross
SpeedRange：0.025〜2.0ｍ/ｓ
1ｍpｅller
Unken‑Type， NumberofBlades：４ Numberoflmpellers：２，Diameter：７９６ｍｍ BossRatio：0.25,Material：ＡＬＢＣ３
Motor
DCVariableSpeedMotor ThyristorLeonardControlSystem
Ｐｏｗｅｒ：ＤＣ２２ＫＷ
RotationalFrequency：０〜１７５０rpm SettingAccuracy：±0.5％ＦＳ Source：ＡＣ２００Ｖ，６０Ｈｚ，３Phase ＮｕｍｂｅｒｏｆＭｏｔｏｒｓ：２
WaterChannel Dimension
Length：１４．８ｍ，Width：２ｍ
ＷａｔｅｒＤeｐｔｈ：５．９ｍ
ピコ
米盛・奈良迫・前川・今井・中山・豊広：学内共同利用回流水槽について
守
7１
産一︲
蒔
一
烏．８２王宮同旨８
〆毎．エ函匡一丘①一二一両﹄︾ぬ
日︒◎竺四匡一二Ｕ画工
言三一塁砦口の５巨星
︾①毒勇一①↑飼い
一色四二﹄一べ
﹄⑭一一①︒画一
エヱヘ園︺・色﹄︒−．玉
匡◎一一︒Ｑい匡一﹄コい妙工
﹄皇ぢ◎固い⑳︒星﹄易﹄塁塁−５且冒畠習一切毘当
﹄◎一画﹄④一①ＵＵ迂季◎一﹂己︒一一◎色
﹄ＳＥ④−８Ｕ迂宰◎こ８塁﹄尻
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︵こ◎一切匡⑩Ｅ一色﹄㈲①一○︶
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Ｆｉｇ．２．GeneralViewoftheCirculatingWaterChannel．
￨
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可ア 弓﹁叫凄
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◎０ １ 、・・や、‑−− グＩ
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Ｊ 至 呈 三 菱 三 三 三 三 基 富
ｐｐｒ7２ 鹿児島大学水産学部紀要第36巻第１号（1987）
3．回流水槽各部の仕様
すでに述べたように，本水槽の設計仕様は水槽設置準備委員会によって決められ，それに
基づいて株式会社西日本流体技研が製図・製作を担当した。3 ． １ 回 流 水 槽 本 体
回流水槽の組立図はすでにＦｉｇ．２で示した。垂直循環型の本水槽本体は測定部，収縮ノ ズル，デイフュザーと４つのコーナ部からできている。水槽本体はＳＳ４１の溶接構造となっ
ており，コーナー部のガイドベーンは腐食しやすいので材料は特にＳＵＳ304とした。測定 部の寸法は以下の通りである。測定部全長：6000mｍ（有効部5200mm）
高さ：1350ｍｍ 幅：2000ｍｍ 水深：1000ｍｍ
観測窓側面（上流に向かって左側）
高さ：1000ｍｍ 長さ：2200ｍｍ 厚さ：２０ｍｍ 枚数：２枚
側面（上流に向かって右側）
高さ：1000ｍｍ 長さ：2500ｍｍ 厚さ：２４ｍｍ 枚数：１枚 底 面
長さ：1000ｍｍ 幅：1000ｍｍ 厚さ：３０ｍｍ 枚数：１枚 観測部窓枠にはＳＵＳ304を用いた。
また，不要な波が起きないように，内壁とガラス面は段差のない構造になっている。観測窓
ガラスはすべて合せフロートガラスである。その他観測部上部には計測レール（ＳＵＳみが き棒20mm角）が設置してある。収縮ノズルは二次元ノズルを用いている。収縮比は2.4：１としたが，流速分布を一様に
するためには十分である。整流装置は開孔比がおおよそ0.5のパンチドメタルと塩ビのハニ カム（セルサイズ20mm）である。計測部に流入する場合に壁面近くの流れは境界層が発達す るため主流より速度が遅くなるので，ノズル出口には表面および底面流に対する加速装置が 設けられている。これは，水が充満した円筒の中でローダを回転させ表面流を加速させる方 式をとっている。さらに，その下流に制波板が設けられ，定在波を抑えるようにしている。米盛・奈良迫・前川・今井・中山・豊広：学内共同利用回流水槽について 7３
本水槽は，駆動部がニインペラ方式でデイフュザー頂角はそれぞれ4.55度であり，面積比は 1.7である。第一コーナと第四コーナには気泡除去装置が取り付けてある。第一コーナ部の 気泡除去装置は，コーナ上部で水が剥離しないよう案内翼が設けてある。
３．２インペラおよび駆動用電動機
すでに述べたように，本水槽はニインペラ方式を採用しており，インペラおよび駆動用電
動機を二基用いている。その型式は次の通りである。(1)インペラ 直 径 7 9 6 ｍ ｍ ボ ス 比 ０ ． ２ ５ 翼 型 運 研 型 翼 数 ４ 枚 材 料 Ａ Ｌ Ｂ Ｃ ３ 種 (2)駆動用電動機
型 式 直 流 可 変 速 電 動 機 定格出力ＤＣ２２ＫＷ 回転数０〜1750rpm
制御方式サイリスタレオナード制御デジタル設定，連続可変 制御精度０．５％Ｆ､Ｓ・
電源ＡＣ２００Ｖ，６０Ｈｚ，３相 (3)インペラ軸系
軸材料ＳＵＳ304
水封メカニカルシール，オイルシール兼用 伝 動 方 式 Ｖ ベ ル ト
３ ． ３ 初 期 充 填 装 置
水を気泡タンク下部まで吸い上げるために真空ポンプを取付け，電極棒により水位を検出
して自動的にポンプは停止するようになっている。３ ． ４ ろ 過 装 置
ろ過装置は８０tｏｎの水を比較的速くろ過できるように３０ton/hrのろ過能力をもつものを
組み込んでいる。以下その型式を示す。型 式 カ ー ト リ ッ ジ 方 式 ろ過能力３０ton/ｈｒ
フィルターｐｐ（ポリプロピレン）
ワ イ ン ド フ ィ ル タ ー タンク本体ＳＵＳ304
数 量 １ 台
7４ 鹿児島大学水産学部紀要第36巻第１号（1987）
3 ． ５ 主 流 速 用 流 速 計
実験の際に必要な主流流速のデータを得るために超音波流速計が設けられている。流速の 大きさは主操作盤でモニターできるほか，アナログ出力も取り出せるようになっている。測 定範囲は０〜2.0ｍ/s，測定精度は±１％Ｆ､Ｓ・であり，応答周波数は１Ｈｚ〜２０Ｈｚである。
３ ． ６ そ の 他
水面のさざ波をできるだけ小さくするために測定部上流から界面活性剤を噴霧する方法が とられている。これは，水面からの可視化をしやすくするために設けられている。また，安 全対策として観測部からの流入物の下流への回流を防止するために観測部後流側に安全ネッ
トが設置されている。
第一コーナ部は水泳用の飛込台になっており，安全のために観測部後流側に木製枠組を設
置できるようになっているとともに，制波板に木製の保護板を取り付けることができる。4．計測装置の概要
4 ． １ 三 次 元 ト ラ バ ー ス 装 置
本回流水槽にはピトー管や熱膜流速計などのプローブを移動させるための三次元トラバー
ス装置が必要であり，その専用装置の設計製作をおこなった。トラバース装置の構成をFig.３(a),Fig.３(b）に示す。トラバース装置の三軸であるＸ'軸，
Ｙ'軸およびＺ'軸は鋼製（S45C）のレールからなり，軸の可動部は鋼球が循環することに よってレール上を直線運動する直線運動軸受を用い，これらを組み合わせて三軸方向に移動 できるようにした。このレールの補強材としてアルミニウム合金が用いてある。回流水槽の 幅が２ｍもあるため，Ｙ'軸は一本のレールだけではねじりモーメントによるねじれ角が大 きくなり，強度的にも問題があるのでこのモーメントを打ち消すためにレールを二本とした。
測定点の座標は各軸のレールと軸受ユニットに取り付けた主尺と副尺によって読み取ること ができ，軸の移動はボールネジ端に取り付けたハンドルを回し，ボールネジを回転させるこ とによって行うことができる。Ｙ'軸には補強材としてアルミニウム合金を使用しているた め計算上一つの材料から成る等価ばりに変換し，一体ばり理論により設計した。Ｔａｂｌｅ２に その結果を示した｡Ｘ'軸についても強度やたわみ量を検討した結果,Ｔａｂｌｅ２に示す値となっ た。Ｚ'軸についてはレールに働く荷重がＸ'軸やＹ'軸に比べ非常に小さくなり，強度的に
は何ら問題なくたわみ量も無視できる。
このトラバース装置の移動誤差は2.0k9の測定器具を取り付けた場合，最大0.171mmであり，
実用上の問題はない。また寿命は直線運動軸受とボールねじの寿命計算を行った結果，通常
の使用においては約６年である。
米盛・奈良迫・前川・今井・中山・豊広：学内共同利用回流水槽について
ｌ：ＲａＩｌ（ＸＡｘＩｇ）
２：ＲａＩＫＺＡｘＩｓ）
:ｌ：Ｓ１ＩｄｌｎｇＵｎＩｔ ｌ：BaIlScrew ５：Ｈ《》ｌｄＰｒｏｆ８ａＩＩＳｃｒｅｗ Ｉ１：Ｂ〔ｐａｒ１ｎｇｏｆＢａＩｌＳ(､r ７：Ａ１ａｌｎＳｃａＩＰ Ｈ：SubscaIP iイ：ＲａＩｌＨｏｌｄどr lO：HoIderofQ1easurIng
ApparatuS 11：ＨａｎｄＩＰ １２：ヘＩｕｍＩｎｕｍＡｌＩｏｙ 胴：ＲａＩｌ⑥ｆ（､ｌｒＣｕｌａｔｌｎ８ＶａｔＰ
（、hannFI
14：１.IrrulatInRWaterfhanne
F i g . ３ （ a ) ． T h r e e ‑ D i m e n s i o n a l T r a v e r s i n g A p p a r a t u s （ X ‑ Z P l a n e ）
Z：kaI1（ＺＡｗｓ）
３：Ｓ１Ｉｄｉｎｇし、１１ ９：ＲａＩ１ＨｏｌｄｅＩ・
１０：ＨｏｌｍＰｒｏｆｂｌｅａｓｕ「I、
ヘpparatus l:《：ｋａｌｌｏｆ（・ １．L･ｕｌａｔＩｎ
ｔＦｒｌｈａｎｎＰｌ ｌ５：ＲａＩｌ（トヘⅥ食）
怪 Ｉ
Fig.３（ｂ)．Three‑DimensionalTraversingApparatus（Y‑ZPlane）
7５
Ｑ
7６ 鹿児島大学水産学部紀要第36巻第１号（1987）
Table２．DesignofThree‑DimensionalTraversingApparatus
Ｐ（k9） Ｕ（k9／m､） Ｌ（m､）
ｂ（m､） ｈ（m､） ｔ（、）
Eａ（k9／mm2）
EＳ（k9／mm2）
Ｉ（ｍ４）
ぴａ（k9／mm2）
ぴｓ（k9／mm2）
６ｍａｘ（m､）
Ｘ，axis
１８．９ ０．５１×1０−２ ５７２ ４０ １６ １６
21100 2.70×104
３．２１×１０−２ ５．１０×1０−２
Ｙ,axis
13.2 1.4×10‑2 2000 40 106 16 7400 21100 2.00×106 5.29×10‑2 0.220 0.120
Ｐ：load，の：uniformload，Ｌ：ｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｈａｆｔ ｂ：ｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｒａｉｌ，ｈ：ｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｂｅａｍ
ｔ：thicknessoftherail
Ea：modulusoflongitudinalelasticityinaluminiumalloy Es：modulusoflongitudinalelasticitｙｉｎｓｔｅｅｌ
ｌ：geometricalmomentofinertia
ぴａ：max・tensilestressinaluminiumalloy ぴｓ：ｍａｘcompressivestressinsteel ６ｍａｘ：max・deflection
4 ． ２ 一 軸 抵 抗 検 出 計
Ｚ，axis
2､０ ０．５１×1０−２ １１８０ ４０ １６ １６
21100 2.70×104
鎖分銅を使用した０点方式の検力計で，小型模型船実験にとって高い分解能をもっている。
性能は以下のようになっている。
最大計測容量１０００９ 分 解 能 0 . 0 3 ％ Ｆ , Ｓ ・ 非直線性士0.3％Ｆ､Ｓ，
ヒシテリシス士０．５％Ｆ,Ｓ，
ド リ フ ト ± 0 . 3 ％ Ｆ ､ Ｓ 、
また，計測結果のアナログ出力とデジタル出力が記録できるようになっている。
４ ． ３ そ の 他
二次元のレーザ・ドップラー流速計を，鹿児島大学全学共同利用設備として使用できるほ か，レーザ・ドップラー流速計に付属しているミニコンピュータもデータ解析に使える。
３
米盛・奈良迫・前川・今井・中山・豊広：学内共同利用回流水槽について
Ｆｉｇ．４．ImpellerRevolutionvs，FlowVelocity．
5．回流水槽の特性（実測結果）
５．１インペラ回転数と流速の関係
Fig.４にインペラ回転数と流速の関係を示す。流速の計測位置は制波板より１ｍ下流で計 測部の中心点である。流速はＪＩＳ型ピトー管（翼形支柱付き）によってなされた。本水槽
の最大流速計画値２ｍ/ｓに対するインペラの所要回転数は320rpmとなる。5 ． ２ 測 定 部 流 速 分 布
Fig.６〜Fig.13は制波板より１ｍ下流の位置における各インペラ回転数に対する流速分布
を示す。水面と低面の流速低下を補償する目的で設けられた加速ローダの回転数設定に関す
るメーカー（西日本流体技研）の資料をＦｉｇ．５に示す。Ｆｉｇ．６〜Ｆｉｇ．１３は両ローダの回 転数を指示通りに設定した場合の計測結果である｡また,Ｆｉｇ．１４〜Ｆｉｇ．１９は制波板より２ｍ 下流の位置における流速分布を示す。計測した速度分布は平均流速が0.3ｍ/ｓから1.75ｍ/ｓ まで８通り（制波板より１ｍ下流の位置）および６通り（制波板より２ｍ下流の位置）であ
る。計測はインペラを所定の回転数に設定しておこなった。計測点は水深１００ｍから100mm間 隔に水深900mmまでで，幅方向はその中心から100mm間隔に両側にそれぞれ壁面から100mmまでで，合計171点である。インペラ回転数５０rpmにおいては，流速分布の一様性は良好では
なく，実験に際しては注意を要する。一様流速の範囲はＺ/Ｄ＝0.2〜０．５，Ｙ/Ｗ＝‑0.05〜‑0.25である。インペラ回転数８０rpmにおいては，Ｘ＝2000mmの位置では一様性は良くなっ
ているものの，Ｘ＝1000mmの位置では良好ではない。インペラ回転数110rpmにおいては，０
7７
︵②︑Ｅ︶弐一一ｇｏ一①ン言Ｃ一匹
２
２ ０ ０ ３ ０ ０
IｍｐｅｌｌｅｒＲｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（rpm）
1００ 400 500
三
ｌ Ｉ ｌ ｌ ｌ ｌ Ｉ ｌ Ｉ ｌ ｌ ｌ ｌ 一ド他a劃』ri『喝ＰｏｉｎｔＸ=lOOOm‑
Y=１０００画一 Ｚ＝５００ｍ一
二〆
＝
＝ グ
〆〆
＝〆
■ 二
〆
戸 一
グ戸
〆
＝卜〆
〆
ダ厚 〆
〆〆
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〆
＝＝
」〆
一 房戸 １三〆
〆
ダ〆
鹿児島大学水産学部紀要第36巻第１号（1987）
ＪＣ
500 ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■１１■■■■
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■■．里■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■画■画画画画画画画画画画画面面面面面ｒｉ面面百百冒冒￨ ー
■ ■ ■ ■ 亘 旦 旦 亘 旦 旦 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ Ｉ ‐ − i ■ ■ 画 画 画
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 里 旦 旦 亘 亘 亘 ■ 里 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ｜ ■ 画 画 画 面 画
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 里 里 里 亘 里 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 画 画 画 ■ ー i 画 画 画 面 面
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 里 旦 旦 亘 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 画 画 画 画 画 画 画 ｉ 画 画 画 画 面
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 里 亘 旦 里 里 里 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 画 画 画 画 画 画 Ｆ − ｜ ■ 面 面 面 面 画
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Ｆｉｇ．６．VelocityProfileatN＝50rpm（Ｘ＝10001nm，Ｕ＝0.30ｍ/s）
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米盛・奈良迫・前川・今井・中山・豊広：学内共同利用回流水槽について
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Ｆｉｇ．８．VelocityProfileatN＝110rpm （Ｘ＝1000mm，Ｕ＝0.67ｍ/s）
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Ｆｉｇ．１０．VelocityProfileatN＝170rpm （Ｘ＝1000mm，Ｕ＝1.02ｍ/s）
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鹿児島大学水産学部紀要第36巻第１号（1987）
−０．４−０．３−０．２−０．１０．００．１０．２０．３ ０．４Ｙ／Ｗ Fig.１１．VelocityProfileatN＝200rpm（Ｘ＝１０００mm，Ｕ＝1.19ｍ/s）
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Fig.１３．VelocityProfileatN＝290rpm（Ｘ＝1000mm，Ｕ＝1.78ｍ/s）
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Fig.１２．VelocityProfileatN＝230rpm（Ｘ＝1000mm，Ｕ＝1.42ｍ/s）
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米盛・奈良迫・前川・今井・中山・豊広：学内共同利用回流水槽について
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Fig.１４．VelocityProfileatN＝50rpm（Ｘ＝2000mm，Ｕ＝0.29ｍ/s）
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鹿児島大学水産学部紀要第36巻第１号（1987）
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‐０．４−０．３−０．２−０．１０．００．１０．２０．３０．４Ｙ／Ｗ Fig.１７．VelocityProfileatN＝170rpm（Ｘ＝2000mm，Ｕ＝1.04ｍ/s）
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測定部流れの乱れ強さもしくは固有乱れについては，回流水槽について従来系統的に調べ られているわけではないので，本水槽についての結果は国内の３箇所における回流水槽の測 定結果と比較することによってその性能を評価することとする。従来，風洞については低乱
（0.02％程度）のものも多く4)，その設計．製作には多くの実績がある51．回流水槽の場合 は水面が存在し，水面近傍は固有乱れが大きくなる傾向があり，固有乱れを小さくする技術 はこれからその実績が蓄積されると思われる。本計測においては定温度型流速計と熱膜プ ローブ（Ｉ型）を使用した。熱膜プローブとその支柱は振動しないように三次元トラバース 装置に取付けられている。Ｆｉｇ．２０〜Ｆｉｇ．２１に測定結果を示す。Ｆｉｇ．２０は平均流速が0.48 m/ｓの場合の測定結果である。測定部中心部においては，固有乱れは0.2〜0.4％である。
また，Ｆｉｇ．２１は平均流速が1.02ｍ/ｓの場合の測定結果であるが，測定部中心部分における
固有乱れは0.3〜0.8％である。これはＦｉｇ．２２において示された他の回流水槽の測定結果6）
と比較して決して大きくないと思われる。
米盛・奈良迫・前川・今井・中山・豊広：学内共同利用回流水槽について
水面や底面近くに部分的に流速の速い所と遅いところがあるが測定部中心部分では一様性は 良好になっている。インペラ回転数１４０rpmにおいては，局所的に流速の遅い部分があるこ とと，Ｚ/Ｄ＝０．５，Ｙ/Ｗ＝‑0.45の位置に流速の速い部分があることを除けば全体に一様性
は良好になっている。インペラ回転数170rpmにおいては，水面近くに流速の速い所と底面
近くに流速の遅い所があるほか，Ｚ/Ｄ＝0.5,Ｙ/Ｗ＝‑0.45の位置に流速の速い部分がある ことを除けば全体に一様性は良好になっている。インペラ回転数200rpmにおいても，回転数170rpmの場合と同様に部分的な偏差の大きい所を除けば全体に一様性は良好になってい る。インペラ回転数230rpmと290rpmにおいては，水面近くで流速の速くなる傾向にあり，
表面加速ローダの設定回転数を改善すべきであろう。
５ ． ３ 測 定 部 流 れ の 乱 れ 強 さ
8３
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Fig.２０．TurbulentlntensityatN＝80rpm（Ｘ＝１０００mm，Ｕ＝0.48ｍ/s）
鹿児島大学水産学部紀要第36巻第１号（1987）
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Fig.２１．TurbulentlntensityatN＝170rpm（Ｘ＝1000mm，Ｕ＝1.02ｍ/s）
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Fig.２２．FiveotherexamplesofTurbulentlntensityreportedinJapan．
３２
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4０
米盛・奈良迫・前川・今井・中山・豊広：学内共同利用回流水槽について
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□ResidentiaIArea（290r .Dayti
５．４定在波およびサージング
平均流速1.0ｍ/ｓにおける定在波の大きさをＦｉｇ．２３に示す。その大きさは士1.1mm以内
であることがわかる。また，サージンクの大きさは平均流速1.0ｍ/ｓにおいて±１ｍｍ以内であった。
５ ． ５ 水 面 傾 斜
水面傾斜の様子をＦｉｇ．２３に示す。その大きさはおよそl/8000である。
５ ． ６ 騒 音
本回流水槽は学内に設置され，また隣接して一般住宅があるため回流水槽装置から建屋を 通して外部に洩れる騒音については十分な措置が必要となる。また一方，実験を円滑に遂行
できるように回流水槽実験室内での騒音についても十分な配慮が必要とされる。そのために 本回流水槽実験室には十分な防音処理が施してある。回流水槽実験室内外で詳細な騒音測定を実施した結果，実験室内では収納室，セミナー室 および実験室入口などのＮＣ値は許容範囲内であり，電動機付近でも常にBeranekによる 騒音の危険限界を下まわる値となっていることがわかった。ただ，制御盤付近でのＮＣ値 は60であり，電動機に防音設備を施すことが望ましい。Ｆｉｇ．２４にインペラー回転数290
rpmにおける収納室およびセミナー室での騒音レベルの測定結果を示す。Ｆｉｇ．２５はインペ
ラー回転数290rpmにおける実験室周りおよび住宅地での騒音レベルの測定結果である。実
験室外においてはどの場所においてもＮＣ値は許容範囲内であり，隣接する住宅地では測 定点周囲の暗騒音と同程度であった。塵ロ︶一也ン己でこ．○晩
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鹿児島大学水産学部紀要第36巻第１号（1987）
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6．結
鹿児島大学共同利用回流水槽設備の概要と，回流水槽の基本設計計画ならびに水槽性能の 測定結果について述べた。現在までの実測結果からつぎのことがいえる。
(1)インペラ回転数110rpm〜290rpm（断面平均流速0.67ｍ/s〜１．７８ｍ/s）における時間 平均速度分布の一様性は測定部中心付近では良好であり，偏差はほぼ±４％以内であるが，
表面および底面近くの流速の一様性を保つためには表面・底面各ローダの設定回転数を新た
に決める必要がある。
(2)平均流速が1.0ｍ/ｓ付近では一様性は特に良好であり，測定部中心付近での偏差はほぼ
±２％以内である。部分的に偏差の大きな所もあるが整流格子の調整によって改善できると 考えられる。
(3)インペラ回転数５０rpm〜８０rpm（断面平均流速0.29ｍ/s〜0.51ｍ/s）では時間平均速
度分布の一様性は良好とは言えず，±10％以上の偏差が存在することを使用に際して銘記する必要がある。
(4)定在波およびサージングの大きさは平均流速1.0ｍ/ｓのときそれぞれ±1.1ｍと±１ｍｍ であった。
(5)水面傾斜は平均流速1.0ｍ/ｓのときおおよそl/8000であった。
(6)乱れ強さは平均流速1.0ｍ/ｓのとき測定部中心付近では0.3〜0.8％であり現在の回流水 槽として適当であると考えてよい。
(7)騒音は実験室外では何ら問題はなく，実験室内でもほとんどの場所で許容範囲内である が制御盤付近のＮＣ値は60であり，電動機に防音設備を施すことが望ましい。
流速分布の一様性について低流速の場合今後改善が必要であるが，以上の結果は当初の基 本計画を満足するものである。
米盛・奈良迫・前川・今井・中山・豊広：学内共同利用回流水槽について 8７
謝 辞
近年，加速度的に老朽の度を増した旧回流水槽施設を用いて，教育研究を続けてきたわれ われにとって，格段に性能を一新した本施設の実現は望外の喜びである。文部省および大蔵 省の御理解はもとより，その実現に御努力戴いた学長はじめ事務局の皆様に心から感謝の辞 を捧げる。また，工事に当って最高の技術と労力を傾注されたメーカー各社（特に西日本流 体技研および中島建設殿）にも敬意を表したい。更に，初代実験室長として全学共同利用回 流水槽施設の維持管理に，多大の御尽力を戴いた水産学部漁具学講座の肥後伸夫教授に感謝
申し上げる。本水槽の性能試験には，水産学部漁具学講座田畑静男技官，機械工作室高岡勝義技官，水 産学部学生有馬英夫君，斉脇信一君，工学部学生山国稔君，新谷博史君の協力があった。ま た，数値計算および図面作成には，工学部大学院生永崎靖君と浜田隆弘君の助力があった。
ここに記して謝意を表する。
文 献
１）流れの可視化学会編（1986）： 流れの可視化ハンドブック"，ｐｐ､46‑90（朝倉書店，東京)．
２）田古里哲夫編（1985）：回流水槽の実験技術と利用，回流水槽セミナー（昭和60年12月，東京)，
ｐｐ､109‑114.
3）田古里哲夫編（1985）：回流水槽の実験技術と利用，回流水槽セミナー（昭和60年12月，東京)，
ｐｐ､27‑28.
4）谷一郎編（1977）： 流体力学実験法"，ｐｐ､14‑48（岩波書店，東京)．
５）伊藤英覚（1980）：東北大学高速力学研究所附属気流計測研究施設低乱熱伝達風洞設備および風洞 性能について．東北大学高速力学研究所報告，44,93‑151.
6）田古里哲夫編（1985）：回流水槽の実験技術と利用，回流水槽セミナー（昭和60年１２月，東京)，
ｐｐ､25‑26.
