JPS62231128A - 半球形型三次元流動水理実験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は１港湾等の特定海域の海底地形を立体的に再現
して、波動場の変化と効果を三次元的に観察できるよう
にした半球彫型三次元流動木理実物装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来、流体現象を明らかにする木理実験水槽として、水
深の浅い長方形の水平二次元水槽や平面水槽を用いた造
波水槽、あるいは鉛直二次元の基礎水槽による流動、波
浪水槽が使用された。その後、湾港の沿岸海域の地形を
水平縮尺と鉛直縮尺を異にする歪型の地形に製作した水
槽に潮汐流をＩＪ−える潮汐流水埋栓型水槽によって、
水平二次元の流れを主体とした水槽型実験が行われるよ
うになった。

これら水槽模型の使用目的も、港湾構造物の設理実験に
も利用されるようになった。

しかし、これまでのＬ記木理模型は、水平二次元的な波
動場を対象としたものが主体で、理論的にも、水平と鉛
直の縮尺を歪せた全模型でしか製作できず、鉛直流と水
平二次元流とを同時に再現し、流動場を三次元的に捉え
る水槽は皆無であった。

一方、湾の一般的な形は、湾中央が深く椀形になってい
るが、平面水槽や全模型では水平方向の流れのみが強調
されるため、鉛直流の再現が不可能であり、流動場を三
次元的に捉えるには適していない。木理模型の使用目的
からも、海底地形や湾口部の湾地形を自在に変化するこ
とによる流動や、物質拡散の形態や変化を把握すること
が必要であるが、従来の木理模型では縮尺や模型自体の
構造に限界があり、海底地形を任意の縮尺で変化させる
ことは全く不可能であった。

さらに、これまでの流動木理模型では、湾内の；７ｊ流
動場々拡散能力を知る目的においてのみ使用パ汁れてい
たため、海底地形の変化による三次元空゛１ 、叩での流動場を捉える実験水槽の使用は行われていな
力１うた。

一ノＪ、木理模型に外力として学えられた自然界−の流
動要因としては、潮汐流による往復流が最も代表的であ
り、他には波浪や一方向流（回流）しか存在しない。

これに対し、自然界の海洋では、潮汐流の他に、密度の
異なる氷塊が上下層に重なることにより発生する密度流
と鉛直循環流、風が海面とを吹くことによって発生する
吹送流、大気からの加熱、冷却によって海洋中に誘起さ
れる熱対流、及び地球自転により影響される回転流（コ
リオリ流）等の流動要因が支配的であるが、これらを木
理模型中で与えた例は皆無である。

［発明が解決しようとする問題点］ 叙上に鑑み、本発明は、海洋中に存在する主要な流動場
と現型形の溝形状に合致した海底地形を三次元的に再現
することができると共に、海底地［問題点を解決するた
めの手段］ 上記目的を達成するため、本発明の木理実験装置は、複
数の透明部材を多面体状に組合わせることにより構成し
、海底地形模型を内部に交換設置可能とした中央部の深
い疑似半球形型水槽を備え、その水槽の周囲に設けた開
閉可能な複数の開口部に対して、湾口部として機能する
湾口形成部と水槽内に潮汐・潮流及び循環流等の流体運
動を生じさせる流体運動起動部とを一体にした複数の湾
口起潮装置を着脱ｎＴ鋤とすることにより構成される。

［作　用］ 木理実験に際し、水槽内には任意の海底地形模型を設置
し、必要に応じてそれを交換することにより、水槽内に
形成される海底地形の形状が容易に変更できる。また、
水槽の周囲のどの位置に湾口起潮装段を何個取付けるか
によって、上記海底）□び循環流等の流体運動を生じさ
せると、それに応じた流体運動が水槽内に三次元的なも
のとして発生する。その三次元的な流体連動は２水槽を
構成する透明部材を通して外部から容易に観察される。

［発明の効果］ 本発明によれば、水槽内に設置する海底地形模型、及び
水槽に対する湾口起潮装置の取付位置及び数を選定する
ことにより、実験を行うべき湾等の形状を自由に設定す
ることができ、し、かも水槽の基本形状を疑似半球形に
したので、水槽内の流体運動を歪ませることなく、実際
の湾等における場合と同様に三次元的に発生させること
ができ、これにより海中構造物が流体に及ぼす三次元的
な効果を基礎的に把握し、しかも上記各流体運動を水槽
の透明部材を通して外部から三次元的に容易に観察する
ことができる。

［実施例コ　　′ 第３図Ａ、Ｂは、沿岸海洋中に存在する一般的な湾地形
の一例を概念的に示したものである。湾口部の位置、数
量は対象とする湾地形により異なるが、海底地形は中央
部が深くなった椀型の形状を崩している。

湾内の波動場は、湾口からの潮汐・潮流により周期的に
振動し、その結果として湾内には水平循環流Ａｔ　、　
Ａ？と鉛直循環流Ｂ、　、　Ｂ２が形成される。更に、
湾内海水中の密度に着目すると、河川水流入による低塩
分の軽い水と下層部の高ｔ１分の重い水とが存在してお
り、この密度差によって鉛直動画環流が発生する。この
他、＃１洋中の流動要因としては、風により誘起される
吹送流、大気からの加熱、冷却より生じる熱対流２及び
地球の自転による回転流が存在し、当然その海域で規模
も形態も異なるものである。

しかしながら、基本的には、これらの波動場を三次元的
空間場で再現し、取扱える実際の滴形状ある。

木発明は、上記第３図Ａ、Ｂの湾地形を基礎概念として
構成したものであり、第１図及び第２図に木発明の半球
彫型三次元流動木理実験装置の実施例を示している。

この木理実験装置は、多面体構造からなる疑似半球形の
実験水槽１と、その水槽ｌ内に潮汐・潮流及び循環流を
発生させる湾口部側装置２と、水槽ｌの上方に配設され
た二次元移動測定台車３と、実験水槽ｌ自体を回転可能
に支持する基礎部４と、上記各部材の作動を制御する中
央制御装置５とから構成されている。

上記実験水槽１は、第３図Ａ、Ｂに示したような最も一
般的な湾を基本モデルとするため、酒中央部が深い椀形
の海底地形に合致させた疑似半球形型水槽であり、実験
に当っては、この水槽ｌの内部に各種凹凸形状に構成さ
れた地形模型（図示せず）を設置することにより、各種
形状の海底面な境現することができる。上記半球彫型の
水槽１の側面は、水槽ｌ内の流体運動を外部から三次元
−２−的に観察可能とするため、透明部材としての強化
ガラスＢを、水槽ｌ内の水温による熱変形量の少ない枠
部材７によって、多面体状に組合わせて支持することに
より構成される。実験水槽１の上端近傍における各面に
は、開閉可能な開口部８．・争が設けられ、開口状態に
ある任意の開口部８に前記湾口部側装置２を接続可能と
して、希望する滴形状に合せて湾口部の位置を自在に変
化できるように構成している。

なお１図示の実施例では、水槽１を１６面体３段構成の
多面体としてあり、上記強化ガラス６を使用したため、
上中段においては湾口部８以外のどの面からも水槽ｌ内
の観測が容易であるが、水圧を強く受けるＴ段において
は一面おきに鋼板を使用している。

上記湾口部側装置２は、実験水槽ｌに接続、切潮流発生
水槽１０と、水槽ｌに対する設置位置を変−−噌−シー え・るための移動用自在車輪１１とを備え、さらに潮汐
・潮流等の流体運動を生じさせる流体運動起動部を備え
たものとして構成されている。上記流体運動起動部は、
潮汐・潮流発生水槽ｌＯから水槽ｌ内への水の流入量と
流出量を制御することによって潮汐と潮流を発生させる
もので、このためのポンプ１２と流量制御用電動弁１３
を備え、中央制御装置５に連絡された潮汐発生監視用電
磁流量計１４と、潮流発生装置１５に取付けた潮流発生
監視用電磁流量計１６とにより、設定した潮汐・潮流の
波形に合致した流動基を作成可能に構成されている。

また、潮汐と潮流の作動を区別するため、潮汐・潮流発
生水槽ｌＯ内には、潮汐発生用の上層水路部１７と潮流
発生用下層水路部１８を分ける分流板１９と、これらの
流れを調整するための整流板２０を設けている。例えば
、水槽ｌ内に潮汐波のみを発生させる場合には、上層水
路部１７を使用し、各湾口汐とは分離して作動させるこ
とができ、この場合には、水槽ｌ内には往復流と循環流
のみが発生されることとなる。」二記潮汐・潮流の発生
規模は実験内容により自由に決定可能であり、その仕様
内容に応じてポンプ１２の規模が設定される。

水槽ｌの上部には、本実験水槽１内の流体運動及び物質
分布を測定するため、水平面の２方向（ｘ　、　ｙ）を
電動によって移動可能とした二次元移動測定台車３を設
けてあり、この測定台車３は、計測台ベース２２上に設
置した計測台２１によってＸ方向（第３図参照）に移動
可能に支持された第１の台車２３ａと、この第１の台車
２３ａ上にＹ方向に走行可能に取付けられた第２の台車
２３ｂを備えている。この第２の台車２３ｂには、測定
対象に対するセンサー（図示せず）が設置され、これに
より水槽ｌ内の水平二次元面内の任意の測定点（ｘ、ｙ
）での測定をＸＹ方向に移動しながら行うことができる
。センサーの上下方向への移動、に示すように、水４＠
を全体の中心荷重を受ける軸芯基礎２４と、基礎２４の
中心から引いた放射線上の位置に設けられた８木の周辺
固定支持脚２５とを備え、それらの支持脚２５の除去状
態において」−記軸芯基礎２４は水槽ｌ全体を回転可能
に支持するように構成されている。

上記水理実験装置全体を作動させ、実験条件の設定と制
御を行うため、中央制御装置５が設けられ、この中央制
御装置５は、演算装置ａ２Ｂ、ディスプレイ対話装置２
７及び専用システムソースプログラミング部２８等から
構成され、その操作によって潮汐任意波形信号と潮流任
意波形信号の作成と指令、さらには自動制御が行われる
。

上記構成の装置を使用するには、水槽ｌ内に各種の形状
に形成した地形模型を選択的に設置し、肚つ水槽ｌの開
口部８，８．・・の任意のものに湾口紅潮装置２，２．
・・を接続し、それにより実験目的に応じた任意形状の
海底地形を得ることができる。

作成され、それらの信号に基づいて湾口紅潮装置２．２
が作動して、水槽１内に設定した潮汐・潮流の波形の流
動基が作成される。上記流体の運動は水槽側面の強化ガ
ラス８を透して三次元的に観察され、これと同時に、二
次元移動測定台車３−ヒのセンサによって、水槽１内の
流体の運動や物質の分布状態の変化が測定される。

上記実験は、各種の条件、即ち、水槽ｌ内に設置する地
形模型として異なるものを用い、湾口起潮装置２の水槽
１に対する接続位置を変え、用いる湾口部側装置２の数
を変化させ、さらには中央制御装置５により異なる条件
を設定することにより、各種の条件のもとで行うことが
できる。

上記装置によれば１次に列挙するような優れた効果を期
待することができる。

（１）沿岸海洋中の溝形状に合致した海底地形を任意の
縮尺で三次元的に再現することができる。

ｖ１富“とができる。

（３）′半球彫型水槽であるため水槽内の流体運動及び
水中の物質移動と分布が三次元空間場で観測する。こと
ができる。

一−−１ （４）三次元の流体運動を現型と同様にして歪せること
なく同等の縮尺で再現することができる。

（５）海洋中の主な流動要因として上げられる潮汐・潮
流、循環流、回転流（コリオリ流）、熱対流、吹送流を
三次元的に発生可能なものである。

（ｅ）海中構＋’ｈ物（例えばケーソン　潜堤、導流堤
等）の流体への三次元的な効果を基礎的に把握できる。

（７）湾全体での形状及び湾口部位置、規模、海底地形
を変えたことによる流況変化への効果を把握できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の正面図、第２図はその平面図
、第３図Ａ、Ｂは一般的な湾地形と自然界の流動要因に
ついて説明図で、同図Ａは平面図８・・開口部、　　９
・・湾口形成部。 易　１　図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数の透明部材を多面体状に組合わせることにより
   構成し、海底地形模型を内部に交換設置可能とした中央
   部の深い疑似半球形型水槽を備え、その水槽の周囲に設
   けた開閉可能な複数の開口部に対して、湾口部として機
   能する湾口形成部半球形型三次元流動水理実験装置。