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A hybrid approach to alluvial streams: towards understanding turbulence modulation by particles

Research Project

Project/Area Number 17K06573
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Hydraulic engineering
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

YOKOJIMA Satoshi  静岡大学, 工学部, 准教授 (80432194)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 音田 慎一郎  京都大学, 工学研究科, 准教授 (50402970)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords移動床流れ / 界面捕獲法 / オイラー・ラグランジュ法 / バセット履歴力 / 2wayカップリング / 埋め込み境界法 / 粒子混相流 / Maxey-Riely方程式 / ACLS法 / CICSAM法 / 乱流シミュレーション / レベルセット法 / VOF法 / 水工水理学
Outline of Final Research Achievements

We have worked on (i) development of an unsteady, three-dimensional turbulent flow simulator to reproduce the base flow characteristics of alluvial streams, (ii) pursuit of an accurate interface capturing method to track large surface deformations accurately, (iii) introduction of an Euler-Lagrange approach to particle-laden flows to treat the suspended sediment behavior more reasonably, and (iv) development of an accurate erodible-bed flow simulator by bed-load transport, and have demonstrated the basic capabilities of the methods.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、流路の大きな変動を伴う河川災害が多発しており、そのような現象をより正確かつ効率的に予測可能な手法の確立がますます強く求められている。本研究はその一端を担うもので、最先端の計算流体力学的知見を導入することで上述の問題点の解消を試みた。本研究の成果は、同様の課題に取り組む他研究者に有用な知見を提供し、より高精度で高効率な移動床流れ予測法の確立に向けた新たな枠組みを提示している。

Report

(5 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2021 2020 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 微小粒子の乱流中のクラスタ特性に対する2-wayカップリングの影響2020

    • Author(s)
      横嶋 哲, 森 稜一
    • Journal Title

      土木学会論文集B1(水工学)

      Volume: 76(2)

    • NAID

      130008122701

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] レベルセット法とVOF法の特徴比較: ACLS法とCICSAM法を例として2020

    • Author(s)
      石川 秀平, 横嶋 哲, 久末 信幸, 早瀬川 拓馬
    • Journal Title

      土木学会論文集A2(応用力学)

      Volume: 76(2)

    • NAID

      130007980174

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 微小粒子の乱流中のクラスタ特性に対するバセット履歴力の影響2019

    • Author(s)
      横嶋 哲, 島田 佳昭
    • Journal Title

      土木学会論文集B1(水工学)

      Volume: 75(2)

    • NAID

      130007940217

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 3次元反砂堆の形成過程に関する数値シミュレーション2019

    • Author(s)
      音田 慎一郎, 稲葉 良也, 細田 尚
    • Journal Title

      土木学会論文集B1(水工学)

      Volume: 75(2)

    • NAID

      130007940042

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] バセット履歴力の近似計算法の基本性能評価2018

    • Author(s)
      横嶋 哲, 渡辺 澪, 藤原 勇太
    • Journal Title

      土木学会論文集B1(水工学)

      Volume: 74(5)

    • NAID

      130007757921

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] EFFECTS OF MASS DENSITY RATIO ON COLLISION STATISTICS OF SMALL PARTICLES IN A TURBULENT ENVIRONMENT2018

    • Author(s)
      横嶋 哲, 島田 佳昭
    • Journal Title

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM))

      Volume: 74 Issue: 1 Pages: 27-37

    • DOI

      10.2208/jscejam.74.27

    • NAID

      130006386869

    • ISSN
      2185-4661
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] INFLUENCE OF PARTICLE SHAPE ON SEDIMENTATION OF PARTICLES2017

    • Author(s)
      横嶋 哲, 浅田 英義
    • Journal Title

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM))

      Volume: 73 Issue: 2 Pages: I_619-I_629

    • DOI

      10.2208/jscejam.73.I_619

    • NAID

      130006329898

    • ISSN
      2185-4661
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 界面の大変形を伴う自由表面流れにおけるレベルセット法とVOF法の特徴比較2021

    • Author(s)
      中澤 克成, 横嶋 哲, 石川 秀平, 久末 信幸
    • Organizer
      第24回応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Influence of Basset history force on preferential concentration of small particles and bubbles in turbulence2020

    • Author(s)
      S. Yokojima, Y. Shimada, and K. Mukaiyama
    • Organizer
      22nd IAHR-APD Congress 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レベルセット法とVOF法の比較検討2020

    • Author(s)
      石川 秀平, 横嶋 哲, 久末 信幸, 早瀬川 拓馬
    • Organizer
      日本機械学会 東海支部 第69期総会・講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Maxey-Riley方程式に基づく微小粒子混相流予測手法の基本性能評価2020

    • Author(s)
      横嶋 哲, 森 稜一
    • Organizer
      第23回応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] レベルセット法とVOF法の特徴比較2020

    • Author(s)
      石川 秀平, 横嶋 哲, 久末 信幸, 早瀬川 拓馬
    • Organizer
      第23回応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Influence of Basset history force on preferential concentration of small particles in isotropic turbulence2019

    • Author(s)
      S. Yokojima, Y. Shimada, and Y. Fujiwara
    • Organizer
      7th Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow (ASCHT 2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report 2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 微小粒子・気泡のクラスタ形成に対するバセット履歴力の影響について2019

    • Author(s)
      横嶋 哲, 島田 佳昭, 向山 和輝
    • Organizer
      日本機械学会 第97期 流体工学部門 講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] レベルセット法とVOF法の界面捕獲性能の比較2019

    • Author(s)
      石川 秀平, 横嶋 哲, 久末 信幸, 早瀬川 拓馬
    • Organizer
      日本機械学会 第97期 流体工学部門 講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 微小粒子のクラスタ形成に対するバセット履歴力の影響について2019

    • Author(s)
      横嶋 哲, 島田 佳昭
    • Organizer
      第65回理論応用力学講演会/第22回応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] レベルセット法とVOF法の移流精度の比較検討2019

    • Author(s)
      横嶋 哲, 石川 秀平, 久末 信幸, 早瀬川 拓馬
    • Organizer
      第65回理論応用力学講演会/第22回応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 3次元流れ解析モデルを用いた交互砂州形成の数値シミュレーション2019

    • Author(s)
      安庭 正晴, 音田 慎一郎, 細田 尚
    • Organizer
      土木学会 第73回年次学術講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 固定河床波上を過ぎる流れの数値シミュレーション2018

    • Author(s)
      横嶋 哲, 立岩 伸吾, 音田 慎一郎
    • Organizer
      土木学会 第21回応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] レベルセット法の質量保存性について2018

    • Author(s)
      横嶋 哲, 石川 秀平, 早瀬川 拓馬, 久末 信幸
    • Organizer
      土木学会 第21回応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] バセット履歴項の効率的計算法の精度検証2018

    • Author(s)
      横嶋 哲, 渡辺 澪
    • Organizer
      土木学会 第73回年次学術講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 滑らかなへヴィサイド関数に基づくレベルセット法の質量保存性について2018

    • Author(s)
      横嶋 哲, 石川 秀平, 早瀬川 拓馬, 久末 信幸
    • Organizer
      土木学会 第73回年次学術講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Influence of mass density ratio on preferential concentration of small particles in isotropic turbulence2017

    • Author(s)
      S. Yokojima, Y. Shimada, S. Fujii, and T. Miyahara
    • Organizer
      6th Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow (ASCHT 2017)
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Particle shape effects on sedimentation of particles2017

    • Author(s)
      S. Yokojima, and H. Asada
    • Organizer
      The 3rd International Conference on Numerical Methods in Multiphase Flows (ICNMMF-III)
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.msys.eng.shizuoka.ac.jp/~yokojima/index.html

    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2022-01-27  

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