ジェームズ・B・フランシス

ジェームズ・B・フランシス
ジェームズ・フランシス、1887年頃
生まれる	( 1815-05-18 )1815年5月18日 サウス・リー、オックスフォードシャー、イングランド、イギリス
死亡	1892年9月18日（77歳） ( 1892-09-19 )
国籍	イギリス系アメリカ人
科学者としてのキャリア
フィールド	エンジニア
サイン

ジェームズ・ビチェノ・フランシス（1815年5月18日 - 1892年9月18日）は、フランシス水を発明したイギリス系アメリカ人の土木技術者である。

ジェームズ・フランシスは、イギリス、イングランドのオックスフォードシャー州ウィットニー近郊のサウス・リーで生まれた。彼は7歳の若さで、サウスウェールズのポート・コール鉄道・港湾工場で父親の見習いとして働き、技術者としてのキャリアを始めた。^[1] 18歳になったとき、彼は1833年に米国への移住を決意した。彼の最初の仕事は、コネチカット州ストーニントンで、ニューヨーク・アンド・ニューヘブン鉄道で働く鉄道技師ジョージ・ワシントン・ホイッスラー・ジュニアの助手だった。1年後、ジェームズと上司のホイッスラーは北のマサチューセッツ州ローウェルに移動し、^[2]そこで19歳でロックス・アンド・カナル・カンパニーで製図工の仕事に就き、ホイッスラーは主任技師になった。

数年後の1837年、ホイッスラーは辞職し、ロシアの主要鉄道で働くようになった。出発前に、彼はフランシスを主任技師に任命し、ウォーゼン通りの家を彼に売却した。同年、ジェームズは7月12日にローウェルでサラ・W・ブラウネルと結婚した。^[3] 彼らの最初の息子ジェームズ・ジュニアは1840年3月30日に生まれ、その後さらに5人の子供が生まれた。

1841年、会社にとって最初の大きな仕事がフランシスに与えられた。フランシスは、各工場が会社の水路システムからどれだけの水を使用しているかを分析することになっていた。彼の能力に感銘を受けた会社は、1845年に彼を「水門と運河の管理者」に任命した。^[1]

マネージャー兼主任技師として、フランシスはノーザン運河とムーディー ストリート フィーダーの建設を担当しました。1840 年代後半から 1850 年代前半にかけて建設されたこの 2 つの運河により、全長 5.6 マイルのローウェル運河システムが完成し、繁栄する工業都市の工場群の産業力が大幅に向上しました。

ローウェル水道システムでの仕事中、フランシスは全国各地の多くの水道プロジェクトでもコンサルタントを務めた。ニューヨーク州が給水量を増やす必要に迫られたとき、彼はニューヨーク州クロトン川のクエーカー橋ダムの建設にコンサルタントとして関わった。また、ミシシッピ川のセントアンソニー滝のダムにもコンサルタントとして関わった。^[1]

彼らの息子ジェームズは1861年にアメリカ南北戦争で少尉として戦った。彼は大尉としてアンティータムの戦いで手を負傷し、1865年7月に中佐として戦争を終えた。^[4]

フランシスは1865年にアメリカ哲学協会の会員に選出された。^[5]

1845年、フランシスはアメリカで初めてスプリンクラーシステムを開発しました。^{[6]しかし、このシステムを使用すると建物全体とその内容物が浸水してしまいます。}ヘンリー・S・パーメリーが一度に1つのスプリンクラーヘッドだけを作動させるスプリンクラーヘッドを発明したのは1875年になってからでした。 ^[7]

フランシスは、ユライア・A・ボイデンがローウェルで初めてボイデン水車を披露した後、水車設計に魅了され、改良を重ねた。2人の技術者は水車の改良に取り組んだ。そして1848年、フランシスとボイデンは、現在フランシス水車として知られる水車の改良に成功した。フランシスの水車は、ボイデン水車の90%もの出力を上回った。1855年、フランシスはこれらの発見を「ローウェル水力実験」で発表した。^[8]

1850年、フランシスは、ダウンタウンの工場を壊滅的な洪水から守るために、ポータケット運河にグレート ゲートを建設するよう命じました。このプロジェクトは、誰もそれが機能するとは信じず、ましてや必要になるとは信じなかったため、すぐに「フランシスの愚行」として知られるようになりました。 ^[要出典]しかし、それから2年も経たない1852年、ゲートは、メリマック川が運河システムに流れ込むのを防ぎ、ローウェル市を1852年の壊滅的な洪水から救い、1936年、1938年、2006年、2007年にも再び救いました。しかし、1970年代に木製の門が放火で損傷し、また大きなチェーンリンクを壊して落とすのが困難だったため、市は2006年にその場所にもっと近代的な鋼鉄製の隔壁を使用することになった。大災害から市を救った功績により、フランシスはローウェル市から巨大な銀製の水差しと盆を授与された。 ^[9]

フランシス・ゲート

1886年、フランシスは他の2人の土木技術者、エリオット・C・クラークとクレメンス・ハーシェルとチームを組み、ボストン市の洪水防止システムを策定した「ストーニーブルック渓谷の洪水防止」という本で研究を行い、その研究結果を発表しました。詳細な研究では、洪水の被害を受けるフォレストヒルズ、ハイドパーク、フランクリンパーク、ロズリンデールの各地区を調査しました。 ^[10]

フランシスはローウェル市のあらゆるレベルで積極的に活動し、1862年から1864年まで市会議員を務めた^。[11]

1865 年、フランシスは鋳鉄と構造柱におけるその使用について研究し、その研究結果を「鋳鉄柱の強度」として出版しました。

1874年、フランシスはアメリカ土木学会の委員会に所属し、マサチューセッツ州のミル川ダム決壊の原因を調査した。^[12]  委員会には技術者のセオドア・エリスとウィリアム・ウォーゼンも参加していた。調査は迅速に進み、災害発生から1か月以内に報告書が発表された。報告書は、設計に責任のある技術者はおらず、「専門家ではない人物による作業」であると結論付けた。「ダムの残骸は、極めて重大な職人技の欠陥を示している。」^[13]

フランシスは水圧機械の試験の科学的手法を考案し、アメリカ土木学会の創立メンバーの一人となり、1880 年に同学会の会長を務めた。

1883年、フランシスは水流量の計算基準を完成させました。これは現在フランシス方程式またはフランシス公式として知られており、流体力学で堰の計算と併せてよく使用されます。この方程式は

${\textstyle Q=3.33h_{1}^{3/2}(L-0.2h_{1})}$

どこ：

Qは堰堤上の流量（立方フィート/秒）である。

Lは堰の長さ（フィート）であり、

h _{1 は}堰堤の頂上からの水の高さである。^{[14] [15] [さらなる説明が必要]}

彼は、1884年に69歳で引退するまで、生涯を通じてロックス・アンド・カナル・カンパニーに在籍し、死ぬまでコンサルタントとして勤務しました。息子のジェームズが主任技師を引き継ぎました。彼は残りの人生を、妻のサラと6人の子供たちとともに、ウォーゼン・ストリートの自宅で過ごしました。そこはホイッスラーの旧宅で、現在はホイッスラー・ハウス美術館となっています。

1889年、ペンシルベニア州ジョンズタウンのサウスフォークダムが決壊し、2,200人以上が死亡したジョンズタウン洪水災害の原因を調査するため、フランシスはASCE委員会の委員に召集された。 ^{[9] [16]}  報告書は1890年1月までに完成したが、直ちに公表されず、1889年の洪水から2年後の1891年半ばまで他のASCE会員や一般には公開されなかった。^[17]  フランシス自身がテネシー州チャタヌーガのASCE大会で調査結果を発表した。他の3人の委員は出席しなかった。報告書の冒頭にはフランシスの名前があったが、委員会の事実上の委員長はピッツバーグを拠点とする鉄道技師で、ダムや水力工学の経験がほとんどないマックス・ベッカーであった。フランシスによると、報告書の公表を遅らせたのはベッカーであった。サウスフォークの調査、調査に参加した技術者、1889年の洪水の背景にある科学についての詳細な議論は2018年に出版されました。^[18]

フランシスは1892年9月18日に77歳で亡くなり、運河建設に使用された石を象徴する切り出された花崗岩の巨大な柱の下にローウェル墓地に埋葬されている。 ^[19]

エンジニアリングの世界への彼の貢献と個人的な寛大さに敬意を表して、以下の人々が彼に敬意を表して名付けられました。

• マサチューセッツ大学ローウェル校ジェームズ・B・フランシス工学部、修士、博士、工学博士。プラスチック工学や原子力工学を含む7つ以上の工学プログラムで工学の学位と研究を取得。^[20]
• フランシス・ゲート、マサチューセッツ州ローウェル
• フランシス水車
• フランシスシステム: 初期の防火スプリンクラーシステム
• フランシスの公式: ダムを通過する水について説明します。今日では、流体力学において、長さと水頭の観点から長方形の堰堤を通過する水の流量を計算する方程式として使用されています。

現在、フランシス水車は世界で最も広く使用されている水車であり、その中には世界で 2 番目に大きい水力発電所である中国の新しい三峡ダム(将来的には 22,500 MW の設備容量を持つ) も含まれます。1900 年以降に建設されたほぼすべての水力発電ダムにフランシス水車が組み込まれており、世界の全電力のほぼ 5 分の 1 をフランシス水車が発電しています。

• エルブカルレビー水力発電所1911年、スウェーデン– スウェーデンで最初の水力発電所
• フーバーダム1936年、ネバダ州/アリゾナ州– 2,080MW、世界的に有名で、かつては世界最大の水力発電所でした。
• グランドクーリーダム1942年、ワシントン州– 6,809MW、国内最大の発電所
• デズダム1963年、イラン– 520MW、建設当時はイランにおける主要プロジェクト
• ゴードンダム1978年、タスマニア – 432MW、国内で最も高いダム
• ダレシツェ水力発電所1978年、チェコ共和国– 480MW、国内で最も高いダム
• 金平一ダム2013、中国– 3,600 MW、世界一高いダム
• ロバート・ブラッサ発電所1981年、カナダ – 5,616MW、国内最大の発電所
• イタイプダム1984年、ブラジル/パラグアイ– 14,000MW、南北アメリカ最大の発電所
• ビクトリアダム1985年、スリランカ– 210MW、国内で最も高いダム

• 1868年マサチューセッツ州議会

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• ローウェル パワー カナル システム – ASME