複雑な境界形状をもつ開水路流れの高精度数値解析法の開発

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650416
• Research Institution: University of Tokyo
• Principal Investigator: 河原 能久 東京大学, 工学部, 助教授 (70143823)
• Keywords: 第2種2次流 / 代数応力モデル / 複断面流れ / 移流ー拡散方程式 / QUICKESTスキーム / リミター

Research Abstract

本研究は,河川工学の分野における実用性の高い数値解析手法の構築を目的とし,現状の数値解析手法の問題点を解決するための要素技術の開発を行ったものである。本年度においては,乱流モデルの改良と移流ー拡散方程式の高精度スキームの開発とを行った。
乱流モデルについては,レイノルズ応力の非等方性に起因する第2種2次流を対象とする代数応力モデルの開発・改良を行った。モデルを複雑な横断面形状の開水路及び管路乱流に適用した結果,平均流速とレイノルズ応力の分布に関して,数値解が実験結果と良好に一致することを確認した。また,乱流モデルの改良を目的として自由水面近傍での乱流諸量の漸近挙動を検討した。
数値誤差と分離して流れのモデルの精度を議論するためには,流れの基礎方程式中の移流項を高精度に離散化するスキームの使用が不可欠である。これまで,精度は低いが非物理的な振動を生じさせないスキームや,高精度ではあるものの流れ場が急激に変化する位置で非物理的な振動解を生じるスキームが使用されてきた。本研究では,非物理的な振動解の算出を防ぐために移流フラックスをその点近傍での解の分布形に応じて調整する非線形の制限関数を導入した。その制限関数を高精度で広い安定条件を有するQUICKESTスキームに組み込む方法を提案した。また,線形及び非線形の移流ー拡散方程式の適用して新しいスキームの優位性を示した。このスキームの多次元問題への拡張が現在行われている。

Research Products

• [Publications] Botev,I.,Tamai,N.and Kawahara Y.: "2-D sediment transport simulation in natural streams" 水工学論文集,土木学会. 36. 87-92 (1992)
• [Publications] 河原 能久: "代数応力モデルによる開水路乱流場の解析" 水工学に関する夏期研修会講義集,土木学会. 28. 1-16 (1992)
• [Publications] Jalil,M.A.,Kawahara Y.and Tamai,N.: "Performance of universal limiter for QUICKEST scheme" 数値流体力学シンポジウム講演論文集. 6. 487-490 (1992)
• [Publications] Jalil,M.A.,Kawahara Y.and Tamai,N.: "Comparison of discretization schemes of an advection-diffusion equation" 土木学会第46回年次学術講演会講演概要集,第2部. 46. 1180-1181 (1992)
• [Publications] Huang,G.,Kawahara Y.and Tamai,N.: "A new formulation of the QUICKEST scheme by a two-step approach" 土木学会第46回年次学術講演会講演概要集,第2部. 46. 1182-1183 (1992)