アルバート・ストリックラー

アルバート・ストリックラー（1887年7月25日 - 1963年2月1日）は、開水路とパイプの流れにおける水力粗度の理解に貢献したスイスの機械技術者である。ストリックラーは、水力粗度は測定可能な表面粗度の関数として特徴付けられると提唱し、水力半径と表面粗度の比である相対粗度の概念を説明した。彼はこれらの概念を、マニングの公式の次元的に均一な形式の開発に応用した。 ^{[1] [2]}

アルバート・ストリックラーは、スイスのチューリッヒ州ヴァーデンスヴィル出身のアルバート・ストリックラー・シニア（1853年 - 1936年）とマリア・オーギュスト・フレンチェン（1863年 - 1945年）の一人息子であった。彼は2度結婚しており、2度目は未亡人であった。どちらの結婚でも子供は生まれなかった。^[1]

ストリックラーは1911年にチューリッヒ工科大学を機械工学者として卒業した。1917年にフランツ・プラジル教授（1857-1929）の主任助手を務めながら博士号を取得した。彼はキャリアを通じて水力発電の開発に携わり、水力機械から内陸航行のための河川流量調整まで幅広い分野に関心を持っていた。第二次世界大戦前は電力輸出協会の副会長、およびウリ州アルトドルフのゴッタルド電力本線AGの取締役を務めていた。その後、病気のため1950年に引退するまでエンジニアリングコンサルタントとして働いた。^[1]

1923年、ストリックラーはパイプと開水路の流れを計算するための34の公式と関連する実験データを検証した報告書を発表しました。^[3] この報告書は、ガウクラーの公式と、推論によりマニングの公式を検証しました。ストリックラーは、マニングの公式で水理学的粗さを特徴付けるために使用されるガンギュイエ・クッターn値を、表面粗さの関数として定義できると提案しました。[ ^{1] [2] [4]}${\displaystyle {k}_{S}}$

${\displaystyle n\propto {\sqrt[{6}]{k}}_{S}}$

ストリックラーの式は、n値を定義するために実験的に決定しなければならない新しい経験係数を導入します。しかし、T/L ^1/3の単位を持つn値とは異なり、長さの単位を持ち、少なくとも理論上は測定可能な量です。^{[注 1]}測定可能な量は、水理粗度の設計値が不明な可能性がある水路設計や河川修復工学に役立つ可能性があります。^[4]${\displaystyle {k}_{S}}$

ストリッカーは、固定境界の場合、表面粗度は河床物質の平均粒径によって定義できると提案した。また、移動境界条件である堆積物の輸送の開始により、観測される水理学的粗度が増加すると指摘した。 ^[1]

固定境界の砂利床河川の場合、ストリックラーの式は次のように定量化できる。^[2]

${\displaystyle n={\frac {1}{21.1}}{D}_{50}^{1/6}}$

ここで、平均粒径はメートル単位です。 ${\displaystyle {D}_{50}}$

その後、研究者らはストリックラーの式のバリエーションを作成し、表面粗さの異なる測定法とそれに応じた経験的係数のバリエーションを提案した。例えば、ストリックラーの式は、石の粒度分布から石積みで覆われた水路のn値を推定するために使用されている。^{[5] [4]} この式は、フルードスケールの物理的水力モデルにおける水力粗さのスケーリングも説明している。^{[6] [7]} 1933年、ヨハン・ニクラセはパイプの水力粗さに関する研究を発表し、乱流における表面粗さの影響に関するストリックラーの観察を検証した。^[2]

Gauckler-Manning-Strickler の式を仮定すると、

${\displaystyle V=\left({\frac {1}{n}}\right){R}_{H}^{2/3}{S}^{1/2}={K}_{S}{R}_{H}^{2/3}{S}^{1/2}}$

どこ：

${\displaystyle V}$はメートル毎秒の速度、は秒毎メートル^1/3のn値、はストリックラー係数、はメートル単位の水力半径、は無次元の水面勾配です。^{[注 2]}
${\displaystyle n}$
${\displaystyle {K}_{S}}$${\displaystyle 1/n}$
${\displaystyle {R}_{H}}$
${\displaystyle S}$

ストリックラーの式をn値に代入し、項を並べ替えると、マニングの式の次元的に同次な形が得られる。^[2]

${\displaystyle V\propto {\left({\frac {{R}_{H}}{{k}_{S}}}\right)}^{1/6}{\sqrt {g{R}_{H}S}}}$

重力加速度はメートル毎秒²です。 ${\displaystyle g}$

式の右側の最初の項は、水力半径と粗度の高さの無次元比で、一般的に相対粗度と呼ばれます。残りの項は境界せん断速度と呼ばれ、重力の影響下での下り坂の水の流れを近似し、速度の単位、つまりL/Tを持ちます。 ^{[8] [1] [4]}

実験データから、スティックラーはマニングの式の次元的に同次な形式を次のように定量化できると提案した。^[3]

${\displaystyle V=\alpha {\sqrt[{6}]{\frac {{R}_{H}}{{k}_{S}}}}{\sqrt {2g{R}_{H}S}}}$

どこ${\displaystyle \alpha =21.1/{\sqrt {2g}}}$

土木工学の実務では、マニングの式は、ストリックラーの次元的に均一な形式の式よりも広く使用されています。しかし、表面粗さの影響に関するストリックラーの観察と相対粗さの概念は、水力粗さを推定するために使用されるさまざまな式の共通の特徴です。^{[1] [4]}

出典: ^[1]

• ストリックラー、A. (1923)。 「河川、水路、パイプの速度公式と粗さの数値の問題への貢献。」 Mittailung 16、C. Mutzner 編、Amt für Wasserwirtschaft、ベルン、スイス (ドイツ語)。
• ストリックラー、A. (1924)。 「プロペラ船の耐抗力と内陸航行における性能」 Mittailung 17, Amt für Wasserwirtschaft, Bern, Switzerland (ドイツ語)。
• ストリックラー、A. (1925)。 「シュトラスブルクとバーゼルの間のライン川の規制」 Schweizerische Techniker-Zeitung、22(33)、389–394 (ドイツ語)。
• ストリックラー、A. (1926)。 「分泌物の測定に関する研究」 Mittailung 18、C. Mutzner 編、Amt für Wasserwirtschaft、ベルン、スイス (ドイツ語)。
• ストリックラー、A. (1926)。 「スイスの水力発電開発と内陸航行の関係」 Werft、Reederei、Hafen、7(14)、345–346 (ドイツ語)。
• ストリックラー、A. (1930)。 「シェジの公式の係数の問題」 Gesamtbericht der 2. Weltkraftkonferenz、ベルリン、2、137–152 (ドイツ語)。

• ヘイガー、WH (2014)。 「アルバート・ストリックラー：彼の人生と作品」 Wasser、Energie、Luft、106(4)、297–302 (ドイツ語)
• ヴィッシャー、D. (1987)。 「シュトリックラー式、油圧学へのスイスの貢献」Wasser、Energie、Luft、79(7/8)、139–142。
  https://www.research-collection.ethz.ch/handle/20.500.11850/487522