報告書番号

SS25019

タイトル（和文）

低温実験室を用いた着雪実験のための技術開発 －人工雪の生成方法と付着力測定実験手法の構築－

タイトル（英文）

Development of Core techniques for Snow Accretion Experiment in a Low-Temperature Laboratory -Artificial snow generation and adhesive force measurement methods-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背景
架空送電設備では冬季に湿型着雪に起因する電気事故・設備被害が発生し、その発生機構の解明に向けて屋外観測が実施されてきた。着雪を構成する複雑な物理過程を精密に評価するには、環境条件を制御できる屋内実験も有効である。大規模な共有の降雪実験設備では、天然の雪に近い人工雪を用いた着雪実験が可能であるが、利用可能な期間や実験条件の自由度に一定の制約があるため、雪粒子の再現を含めた基礎的な物理過程を段階的に検討できる屋内実験基盤の整備が求められる。そこで当所我孫子地区に低温実験室を導入し、独自の着雪実験手法の構築を進めている。
目的
自然環境下の湿型着雪を屋内実験で再現するため、人工雪を効率的に多量に生成する方法と、その人工雪を用いた付着力測定手法を構築する。
主な成果
1. 人工雪生成方法の構築と適切な環境条件の特定
人工雪生成方法として、水蒸気を用いる昇華凝結法と微小な氷粒を生成する水噴霧法の2種類を検討し、各方法の装置を構築した。昇華凝結法では、室温を低く、水蒸気発生用の水槽の水温を高く設定し、付着用の紐に表面積の大きい麻紐を用いることで生成量が増加した。水噴霧法では、直線的な気流を保つファンの使用や付着面積の拡大にて、効率的な雪生成が可能となった。両方法を比較すると、水噴霧法は多量の人工雪生成に適する一方、昇華凝結法は天然の雪に近い樹枝状結晶を再現できた。
2. 付着力測定実験方法の整備と生成した人工雪を用いた付着力評価の妥当性の検証
　昇華凝結法の人工雪を基にした湿雪と小型ファンを用いて簡易的に生じさせた着雪体の付着力の測定値は、大規模降雪実験設備（新庄実験所）の低温風洞を用いた着雪実験と同程度となった。これは、生成した人工雪が天然の雪に近い付着特性を示し、構築した着雪体の生成方法および付着力測定実験方法が適切であることを裏付ける。
3. 人工雪の多量生成に向けた昇華凝結法を用いる新たな雪生成装置の構築
以上の成果を基に、多量の人工雪を効率的に生成するため、水蒸気供給部を多数並列に配置し、表面積の大きいブラシをベルトコンベアで移動させる雪生成装置を構築した。
今後の展開
新たに構築した雪生成装置を活用し、多量の人工雪を安定的に供給できる環境条件の特定と装置改良を進める。また、湿型着雪の素過程に影響する各種パラメータを定量的・力学的に評価できる実験方法を確立し、各評価の要素技術を継続的に高度化する。

概要 （英文）

Snow accretion on transmission lines occasionally causes operational failures during winter. To understand its underlying physical processes requires laboratory experiments under controlled conditions. We established a low temperature laboratory at the Abiko site of CRIEPI, efficient methods for artificial snow generation and adhesion force measurement were developed. Two snow production techniques were constructed: a condensation method using water vapor, which reproduced dendritic crystals similar to natural snow, and a water spray method capable of producing large amounts of fine ice particles. In addition, a procedure for converting artificial snow into wet snow was developed, and the adhesion force of simply formed accreted snow using a small fan was measured. The measured adhesion forces were comparable to those obtained in large scale experiments conducted in the low-temperature wind tunnel at the Shinjo testing facility of the National Research Institute for Earth Science and Disaster Resilience. Based on these findings, a new large volume artificial snow generation device was proposed to further advance controlled snow accretion studies.

報告者

キーワード