共同研究

ＳＫＫ藻場礁「コンブロック」形状最適化に関する研究

平成13年3月

北海道立工業技術センター

協力　北海道大学大学院水産科学研究科

水槽実験

実験の様子

第一章 　流体力の測定

実験は以下の３パターンについて行った。

実験�T　1/10模型を使用して定常流中においての抗力測定を行った。実験は

　　　　大型水槽で流速を10�p/sから90�p/s間で、24段階に変化させ、設置

　　　　角度を０°、３０°、６０°の３方向に変えて行った。また、模型

　　　　　は脚部の高さを４段階に変化させた。　　　　　　　　　　　　　 .

実験�U　1/10模型を使用して定常流中においての揚力測定を行った。実験は

　　　　大型水槽で流速を10�p/sから90�p/s間で、24段階に変化させ、設置

　　　　角度を０°、３０°、６０°の３方向に変えて行った。また、模型

　　　　　は脚部の高さを４段階に変化させた。　　　　　　　　　　　　　 .

実験�V　1/30模型を使用して振動流中において流体力測定を行った。実験は

　　　　周期を約３秒から１０秒の間で３段階、流速を10�p/sから80�p/sま

　　　　で、10�p/sごとに変化させ、設置角度を０°、３０°、６０°の３方向

 　　　　に変えて行った。また、模型は脚部の高さを４段階に変化させた。.

模型の脚部の高さによるタイプ

コンピュータ解析より得られた結果

円錐脚部が埋まっている状態での潮の流れと流れに対する圧力分布

第二章　流体解析

　 第一章の実験に使用した模型を３次元立体モデルとして表現し、解析モデル

は縦１.４ｍ、横１.４ｍ、高さ０.５ｍの範囲とし、中央部にブロックモデル

を配置した。また、模型は脚部の高さをＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の４段階に変

化させ流体解析実験を行った。解析は、3次元一般座標系汎用熱流体解析プログ

ラム SCRYU／Tetra for Windows で行った。　　　　　　　　　　　　　　 .
　　　　　　　　

第三章　まとめ

　実験�Tでは、定常流中で測定した各模型の抗力が脚部の無いＬ４から脚部が

最も高いＬ１への順に大きくなる傾向が見られた。また、抗力は設置角度０°

、６０°の値が高く３０°の値が低い傾向が見られた。　　　　　　　　　 .

　実験�Uでは、模型Ｌ３の揚力が最も大きく、模型Ｌ１の揚力が低いという結

果が得られた。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 .

　実験�Vでは、実験�Tと同様に流れに対する投影面積が増えると抗力と抗力係

数の値は増加した。また、設置角度による明確な差は見られなかった。付加質

量係数は周期３秒から１０秒の順に高く出る傾向が見られたが全体的には明確

な傾向を示さなかった。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 .

　流体解析では、設定流速70ｃｍ／sにおける各模型中央断面の流速ベクトル

図から、模型正面では流速が遅くなり流れがドーム前面から上部へと移動する

にしたがい流速は増大し、模型後部では流速が減少し渦を巻いている状況が見

られた。設置角度３０°における模型下部の流速ベクトルは設置角度０°、６

０°の流速ベクトルに比べて変化が少ない。これは模型下部を流れがスムーズ

に通り抜けることができるためと考えられる。　　　　　　　　　　　　　 .

　ブロックが実海域に設置された場合、設置直後の脚部が十分に埋まっていな

い「不安定期」状態と考えられる模型Ｌ１と設置して一定期間経過後の砂への

埋没が止まったと考えられる「安定期」状態の模型Ｌ３に注目して考えると次

のことが言える。すなわち、模型上部から見た流速ベクトル図は模型Ｌ１の底

面付近において早い流速が集中的に分布しており、模型Ｌ３では比較的広い範

囲に早い流速が分布している。これらの傾向は「不安定期」である模型Ｌ１で

集中的に模型脚部に流れが当たるとより効果的に「安定期」である模型Ｌ３へ

の移行を促し、また速い流れが底面の広い範囲に分布することによって砂を後

方に除去して「安定期」状態を出現させることを示すものと考えられる。　 .

　ブロック周辺の流速分布と圧力分布は、このブロックの設計目的である砂へ

の耐性に大きく関わっており、高い圧力分布の集中する位置により埋没が進む

か防がれるかがほぼ決まってくる。今回の流速分布図と圧力分布図において、

ブロック脚部、ブロック前部、後部などに高い圧力が集中しており、砂を後方

に排除する割合が大きくなっていることが示唆される。　　　　　　　　　 .