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3.2 数値計算結果
Table 2に示す条件の実験結果と計算結果の比較を、Fig. 10からFig. 14に示す。全ての図において、（a）が実験結果、（b）が計算結果である。実験では、予備的な検討により、放流水濃度が約1.0×10-4倍の範囲までフェノールフタレインにより発色していることがわかっている。そこで、計算結果として放流水濃度が1.0×10-4倍までの範囲を表示した。図中のコンター線は、放流水濃度が5.0×10-1倍、1.0×10-1倍・・・5.0×10-4倍、1.0×10-4倍と1/5倍ごとの放流水濃度を示している。Fig. 10とFig. 11の放流水水温が10℃と15℃で、温度成層がある場合、（a）の実験結果と（b）の計算結果はx方向の放流水の進行距離とz方向の放流水の沈降深度とも良く一致しており、本計算により放流現象を良く表現できている。次に、Fig. 12とFig. 13の放流水水温が20℃と25℃で、温度成層がある場合、（a）の実験結果と（b）の計算結果を比較すると、x方向の放流水の進行距離には違いがあるが、z方向の放流水の沈降深度は良く一致している。
Table 2 Calculation and experimental conditions
| Case |
Initial temperature of discharged water |
Water temperature in the tank |
Internal Froude number
Fr0 |
Richardson number
Rig |
| A-2 |
10℃ |
25〜13℃ |
5.1 |
16 |
| B-2 |
15℃ |
25〜13℃ |
6.5 |
16 |
| C-2 |
20℃ |
25〜13℃ |
11 |
16 |
| D-2 |
25℃ |
25〜13℃ |
13 |
16 |
|
| Fig. 10 |
Results of experiment and calculation
(Case A-2, discharged water: 10℃, with temperature stratifications) |
| Fig. 11 |
Results of experiment and calculation
(Case B-2, discharged water: 15℃, with temperature stratifications)
|
| Fig. 12 |
Results of experiment and calculation
(Case C-2, discharged water: 20℃, with temperature stratifications)
|
| Fig. 13 |
Results of model test and calculation
(Case D-2, discharged water: 25℃, with temperature stratifications) |
次にこれらの計算結果の定量的な評価を行った。評価は、実機の「拓海」の放流に最も重要なパラメータである放流水の貫入深度について行った。つまり、計算結果と実験結果について、Fig. 14に示すように、放流水がx方向に最も遠くまで到達した点の深度を評価基準とした。Fig. 15に計算結果と実験結果の比較の結果を示す。放流水温が25℃の場合、貫入深度に0.05mの違いがあるが、全ての場合の貫入深度は、実験結果と計算結果で良く一致している。この結果は、本計算を用いて、十分な精度で放流水の貫入深度を推定できることを示す。
Fig. 14 Evaluation point of discharged water
Fig. 15 Diffusion depth of experiments and calculations
4. 結言
温度成層条件下の海洋肥沃化装置「拓海」の放流水の挙動の解明を目的とし、特に放流水の貫入深度に注目した、模型を用いた放流実験と数値計算による検討を行った結果、以下の結言を得た。
1. 温度成層水槽において1/100の拓海模型を用いて放水実験を行った結果、温度成層がない場合とある場合では、放流水の挙動が大きく異なった。この結果は、実海域での「拓海」の放流水を検討する場合、温度成層の考慮が重要であることを示す。
2. 同実験で、放流水が周囲の流体より冷たい場合でも、温度成層がある場合には放流水は底面まで沈降しなかった。これは温度成層により放流水の沈降が抑制されたものと考える。
3. 温度成層条件下で放流水の挙動推定が可能な3次元数値計算を、温度成層のある場合について行い実験結果と比較した。計算結果と実験結果は良く一致しており、本計算で放流水の貫入深度を推定可能であることを示した。
謝辞
本研究は文部科学省21世紀COEプログラム「海洋エネルギーの先導的利用科学技術の構築」の支援を受けた。
参考文献
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