安藤　宏

ｋ−ε乱流モデルを用いた風速分布予測と吹雪粒子の運動シミュレーション

福嶋　祐介


　吹雪は煙型雪崩の発生要因の一つとも考えられ，その流動特性を知ることは，固気ニ相流の基本的な流動特性を把握するばかりでなく，雪崩の発生要因の推定という意味でも興味がある。本研究の目的は、吹雪粒子の運動を解析し、実際の吹雪を数値シミュレーションするというものである。昨年度の菊池と福嶋(2002)によって行われていた研究では、吹雪を固気二相流として扱ったが、今回は吹雪粒子一つひとつに着目し、その飛来する軌跡、地面での衝突、跳ね返り、そして浮遊運動を考慮したスプラッシュ過程を取り入れ、より現実的な粒子の挙動を再現する。そしてｋ−ε乱流モデルによって再現した変動流れ場の中で何回も異なる粒径の粒子を飛来させることにより、吹雪の空間濃度分布を求める。それより吹雪の特性量である飛雪流量を求め、南極みずほ基地において行われた西村(北大低温研、2001)の計測データと比較し、モデルの妥当性の検証と、流動特性を明らかにすることが研究目的である。吹雪流では流速場の他、雪粒子の濃度分布の変化に伴う密度変化もまた乱流構造に影響を与えていると考えられており、より高度な乱流モデルを用いた数値解析が望まれる。密度変化の影響を考慮した乱流モデルの中ではk−ε乱流モデルが最も普及している。

　現地観測された飛雪流量と一致するまで、様々な密度の密度を用いて計算を繰り返した。その結果、風速6m/s、8m/s、9.5m/s時の解析によって求められた飛雪流量分布は観測値とほぼ一致した。この時の吹雪粒子の密度はそれぞれ160kg/m3，290kg/m3，460kg/m3であった。これらの密度は純氷の密度の半分が460kg/m3であることや、風洞実験の結果で143.9〜259.9kg/m3であることを考えると十分妥当だといえる。吹雪粒子が真球からいくらかずれていることや、風洞実験で用いられた雪粒子が氷結した雪粒子を細かく粉砕して篩にかけたものを用いたのに対し、現地観測では自然状態の雪粒子が用いられていることなどを考えると、これらの密度差は様々な雪粒子の条件の違いを反映しているものと考えられる。
これらの結果から、本研究で用いた数値解析手法によって現地観測の大スケールの地吹雪を再現できたといえる。