小森研究室同窓会（京都大学・九州大学・国立公害研究所）

人類による化石燃料の莫大な消費に伴って発生する炭酸ガス(CO2)等の温暖化物質による地球の温暖化が深刻な問題として取り上げられるようになって以来，地球の温暖化予測を正確に行うことが緊急の課題とされ，国家プロジェクトが推進されている．この温暖化予測には，大気および海洋の乱流中に現れる熱，物質，運動量の輸送現象を表す数多くのサブモデルから構成されるGCM (General Circulation Model)と呼ばれる大気・海洋結合モデルが使用され，大気・海洋乱流中の流体の運動方程式，熱および物質の輸送方程式をスーパコンピュータを用いて数値シミュレーションすることにより将来の温暖化に関するシナリオが描かれている．ところが，既往の気候モデルに使用されている個々の物理的サブモデルの妥当性が十分に検討されていないため，温暖化や局所的な気候変化の予測に大きな誤差が発生することが危惧されている．特に，陸・海・空の境界面での熱，物質，運動量の輸送量の評価は重要であるが，その評価モデルの信頼性は十分ではない．本研究では，このような気候モデルの不確定性の問題を打開するために，大気乱流や海洋乱流場に現れる熱物質輸送現象を解明するとともに，それらの乱流輸送現象を忠実に表現する物理モデルを構築することを目指している．

近年，局所的集中豪雨による被害が大きな社会問題になっている．豪雨の発生を出来るだけ早くかつ正確に予測することによって，人的・経済的被害を最小限に抑えることは社会的要請の強い，急務の課題である．近年のコンピュータ性能の急速な進歩に伴い，このような豪雨の数値シミュレーションを行う際の時間・空間解像度は大幅に向上してきた．しかし，その一方，豪雨をもたらす雲の成長に関する物理モデルは，低解像度の数値シミュレーション用に開発されたプリミティブなものがそのまま使用され続けており，ほとんど改善されていないのが実情である．その早急な改善が求められる因子の1つとして，乱流が挙げられる．通常，豪雨をもたらす雲は鉛直方向に発達する対流雲であり，その中では上昇気流によって強い乱流場が形成される．従って，雲の成長プロセスを正確に予測するためには，乱流中における雲粒の衝突，成長過程をモデルに考慮することが不可欠である．しかし，その観測実験が極めて困難であるため，乱流中における雲粒の衝突，成長過程は未だ不明確な部分が多い．本研究では，乱流中における雲粒の衝突，成長機構を解明し，その物理モデルを構築することを目的としている．

自由乱流中で熱や物質などが輸送される現象は，種々の反応器などの工業装置内の流れや，SOxやNOxといった反応性汚染物質が大気中を乱流拡散するような環境中の流れの中に数多く見られる．特に，密度成層下においては，熱と運動量の逆勾配拡散やアクテイブなスカラである熱とパッシブなスカラである物質の乱流拡散の相違など成層流中での熱と物質の乱流拡散を予測するうえで非常に重要な現象が起こる．本研究では，開水路乱流，壁面乱流，せん断混合層流，噴流といった種々の流動場におけるスカラー拡散機構を明らかにすることを目的としている．

化学反応を伴う乱流場は，大気・海洋中で反応汚染物質が拡散する環境中の流れや，攪拌機，航空機エンジンなど推進装置，およびガスタービンや蒸気タービンなどのエネルギー変換装置などの工業反応装置内の流れに数多く見られる．従って，運動量やスカラの輸送機構のみならず反応・燃焼機構を解明，さらにはそれらの進行を制御(促進および抑制)する方法を提案することは，流体工学的にも環境工学的にも非常に重要である．本研究では，特に液相反応やガス/噴霧/微粉炭燃焼を対象に，反応性物質の乱流混合・反応機構の解明とそのモデル化を行うことを目的としている．

気流中を運動する粒子の挙動を正確に把握することは，粉体の空気輸送や混合を伴う工業プラントの最適設計・制御などの工業問題や，砂漠、砂丘、さらには石炭堆積場からの粒子の巻き上げ予測・防止などの環境問題に関連して極めて重要である．本研究では，乱流場を飛散する固体粒子や液滴・気泡の運動機構を，流体の乱流構造と関連づけて数値シミュレーションおよび室内実験により明らかにし，乱流場での粒子運動を正確に予測するための数値モデルを作ることを目指している．現在は特に，粒子周り流れおよび粒子(液滴・気泡)内部の流動場を両方解くことにより，粒子に働く流体力および粒子による物質移動量の評価を目的として研究を行っている．