Nakazawa, Takashi

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水質改善を目的として水面に設置されたプロペラが誘起する流れ場の数値解析

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氏 名授 与 した 学 位専攻分野の名称学 位 授 与 番 号学位授与の日付学位授与の要件学位論文の題 目中揮 嵩博 士学 術博甲第4295号平成23年 3月25日環境学研究科 資源循環学専攻(学位規則第5条第1項該当)Numericalanalysesofnowfieldsdrivenbypropelersonthewatersurfaceforwaterqualityimprovement(水質改善を目的として水面に設置されたプロペラが誘起する流れ場の数値解析)論 文 審 査 委 員 教授 水藤 寛 教授 梶原 毅 教授 諸泉 利嗣学位論文内容の要旨本学位論文は､閉鎖性水域における水質改善を目的として水面上に置かれた小型プロペラによって誘起される流れに対する数値的､数学的解析手法の構築､及びその解析結果について述べたものである｡先行研究から､水質改善に有効である商域全体 (大スケール)の鉛直方向循環流がこのような小型プロペラによって誘起されることが確認されている｡この大スケールの鉛直方向循環流は溶存酸素量(DO)の低い水を下層から水面付近に導き､再度下層へ送る作用がある｡一方､例えば様々な条件によっては水質改善に有効でない水平方向の回転流が発生するケースも観測されており､そのような流れが発生するメカニズムは未だ解明されていないO当該機器の最適設計･最適配置を実現するためには,どのようなメカニズムでこれらの流れ場が発生するのかを解明することが不可欠であり,これが本学位論文の目的である｡これらの背景や目的について第1章で述べ､第2章では本学位論文で必要となる基礎的な概念を紹介している｡第3章と第4章では､小型プロペラが誘起する流れメカニズムの理解を目的として,上面板回転流れの様相と擾乱に対する安定性を調べている｡レイノルズ数Re-2000では､大スケールで定常及び軸対称な鉛直方向循環流の存在が確認された｡Re-3500では､大スケールの鉛直方向循環流に加えて上面境界付近で小スケールの鉛直方向循環流の発生が確認された｡そこで､この小スケール鉛直方向循環流が発生する機構を明らかにするために線形安定性解析を行ったCその結果､微小な擾乱が臨界レイノルズ数Rec-2200以上で発達することが分かった｡この/トスケール鉛直方向循環流の発達は,下層から引き上げられた水 (低DO)と水面付近の水 (高DO)とを撹搾する作用があると考えられる｡第5章では､広い閉鎖性水域における水質改善を目的として､複数の小型プロペラが設置された状況に対応できる解析手法を構築している｡この手法は､より広い閉鎖性水域における小型プロペラの最適配置を可能とするものである｡このように本学位論文は､これまで明らかになっていなかった小型プロペラが誘起する流れのメカニズムを明らかにし､それに必要な数値的､数学的解析手法を構築したものである｡このことは､様々な形状の湖岸や底床をもった閉艶性水域に対して､当該機器の最適設計 ･最適配置を考える際の有用な指針となるものであるC論文事査結果の要旨中滞嵩の学位論文は､閉鎖性水域における水質改善を目的として水面上に置かれた小型プロペラによって誘起される流れに対する数値的､数学的解析手法の構築､及びその解析結果について述べたものである｡先行研究から,水質改善に有効である鉛直方向循環流がこのような小型プロペラによって誘起されることが確認されている｡この鉛直方向循環流は溶存酸素量の低い水を下層から水面付近に導き､再度下層へ送る作用がある｡一方､様々な条件によっては水質改善に有効でない水平方向の回転流が発生するケースも観測されており､そのような流れが発生するメカニズムは未だ解明されていない｡当該機器の最適設計･最適配置を実現するためには､どのようなメカニズムでこれらの流れ場が発生するのかを解明することが不可欠であり､これが本学位論文の目的である｡第3章と第4章では､小型プロペラが誘起する流れメカニズムの理解を目的として,上面板回転流れの様相と擾乱に対する安定性を調べている｡また､第5章では､広い閉鎖性水域における水質改善を目的として､複数の小型プロペラが設置された状況に対応できる解析手法を構築している｡この手法は､より広い閉鎖性水域における小型プロペラの最適配置を可能とするものである｡このように本学位論文は､これまで明らかになっていなかった小型プロペラが誘起する流れのメカニズムを明らかにし､それに必要な数値的､数学的解析手法を構築したものである｡このことは､様々な形状の湖岸や底床をもった閉鎖性水域に対して､当該機器の最適設計 ･最適配置を考える際の有用な指針となるものである｡これらの成果は本学位論文の対象範囲のみならず､理工学の広い分野に対して有用なものであるといえる｡学位論文の主な内容は､査読付き論文誌に掲載が決定しており､学術的な評価を得ている｡また､国際会議を含む学会等において､研究成果を随時発表してきている｡これらの点より､本学位論文は博士 (学術)の学位に値すると判断するものである｡

水質改善を目的として水面に設置されたプロペラが誘起する流れ場の数値解析

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