2016 Fiscal Year Research-status Report
潮流発電のポイント選定を見据えたフィルタ理論FEMによる高精度流況推定技術の解明
| Project/Area Number |
15K05786
|
|---|
| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
|---|
Principal Investigator |
倉橋 貴彦 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (00467945)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | シミュレーション工学 / 自然現象観測・予測 / 海洋工学 / 計算物理 / 数理工学 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
H28年度では，H27年度の成果を受け，流れ場の推定計算に流入境界条件を考慮した場合の検討および，実際の湾における流れ場の推定解析を行った．流れ場の推定計算に流入境界条件を考慮した場合の検討では，開水路モデルにおいて，水路中央点からの流出側のみに観測点がある場合を仮定し，正弦波（正解値）と余弦波の境界条件を入れた場合について検討を行った．検討の結果としては，正弦波（正解値）でなく余弦波の場合においても，流れ場の推定解析を行うことができてしまうため，境界条件を設定する場合は留意する必要があることを数値実験による検討より確認した．また，実問題に対する応用としては，解析例として東京湾を対象とした．観測値としては，海上保安庁所管の検潮所より提供される2016年7月21日0:00~2016年7月22日24:00までの5分間隔で東京（晴海)，千葉，横浜にて検潮された水位変動量を観測変数として与え東京湾内の流れ場の推定を行った．横須賀の検潮所における水位変動量の観測値は，流れ場の推定シミュレーションの結果の妥当性を検証するための比較値として使用することにした．流れ場の推定シミュレーションでは，陸境界において壁面すべり境界条件，湾の入口においては，主要4分潮の境界条件を設定し解析を行った．結果として，横須賀の検潮所において，観測値と推定値の比較を行ったところ，良好に一致する結果を得た．また，東京湾において推定された流速分布を用いて，潮流発電のための発電ポテンシャルを算定したところ，富津岬のあたりで最も高い値を示す結果となり，多くの発電量を得る地点を選定することができた．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H27年度の成果に対して，任意の境界形状の問題へ拡張が可能なように，陸岸境界におけるslip境界条件を入れられるように改良し，また流入境界条件も入力し流れ場の推定が行えるように流れ場の解析プログラムを改良した．流入境界条件の入力の部分は，例え，異なる波形が入力されたとしても，流れ場の推定シミュレーションが発散せずに，結果が得られることを確認したため，流入境界条件を入力して解析を行う場合は特別に配慮をしてシミュレーションを行う必要があることを確認した．また，東京湾における流れ場の推定解析も実施し，横須賀の検潮所における水位の計測値と，シミュレーションにおいて得られた推定値を比較したところ，おおむね等しい結果が得られていることを確認した．これらの検討結果については，「日本機械学会北陸信越支部 第53期総会・講演会」，「国際会議ECCOMAS2016」，「日本機械学会第29回計算力学講演会」，「日本応用数理学会 数理設計 第18回研究集会」，「日本機械学会計算力学部門 設計に活かすデータ同化研究会」にて報告を行い，また，研究成果については，長岡工業高等専門学校紀要（Vol.52,pp.1-7, 2016），IntechのFinite Element Analysis（pp.1-19, 2016）のOPEN ACCESS BOOKへ投稿し受理された． 本研究を通じて，Organized Sessionも国内会議（日本機械学会北陸信越支部 第53期総会・講演会），国際会議（ECCOMAS2016）と立ち上げることができ，各研究者との交流も拡がっている．本研究の拡張性としては，非線形の流れ場領域への問題がまだ課題となっていることもあるため，非線形の流れ場の推定が可能な様に解析プログラムを発展させていくことを最終年度の予定と考えている．
|
| Strategy for Future Research Activity |
研究計画の当初は解析精度をさせることにより，流れ場の推定結果精度を上げることを想定したが，現状においては，現解析手法（空間方向の離散化：三角形１次要素を用いたガラーキン法，時間方向の離散化：セレクティブ・ランピング法）を用いたとしても，実問題レベルの流れ場の推定も行うことのできる結果となっている．本研究を始めてから観測点の配置の適切性を検討したところ，配置位置による流れ場の推定結果の良否が分かれる結果が得られ，流れが向かってくる方向に依存することがわかった．現状の流れ場の支配方程式に対しては，線形の浅水長波方程式を使用しており，流れの速い流れ場（非線形性の強い流れ場）になると推定精度が悪くなる可能性があると考えている．非線形項を含む流れ場の支配方程式を適用し，流れ場の状態推定をフィルタ理論により行う場合，現在使用しているカルマンフィルタの理論でなく，拡張カルマンフィルタやアンサンブルカルマンフィルタという理論を適用する必要がある．研究最終年度においては，この点の追究をすることを考え，流れ場の推定シミュレーションの精度向上を考えている．
|
| Causes of Carryover |
H27年度の残予算（長岡工業高等専門学校の水槽を借りたことから抑えられた費用）は，H28年度において，学会参加等，研究成果に関する報告や，論文や図書投稿費・掲載料に充てほぼ繰越がない状態となった．現状においても，H29年度使用額が若干生じているため，今年度内において使用することを考えている．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究実施における必要備品の購入や，研究成果の学会報告・論文掲載に対して充てる予定である．
|
