2017 Fiscal Year Annual Research Report
格子ボルツマン法による次世代津波シミュレーション手法の開発と大規模並列化
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17J06615
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 兼太 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2019-03-31
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| Keywords | 格子ボルツマン法 / 陽解法 / 弱圧縮性 / Multiple-Relaxation-Time / 自由表面流れ / 3次元津波シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度では，高効率かつ高精度な大規模3次元津波シミュレーション手法の構築を目指し，解析プログラムの開発・検討を行った．具体的には，支配方程式として非圧縮流れに対するNavier-Stokes方程式を用いるのではなく，格子ボルツマン方程式を採用した．格子ボルツマン法は，圧力のポアソン方程式の求解が不要な，完全陽解法で流体の数値解析が可能な手法である上，並列計算に優れる．この特長を活かしつつ，津波数値解析を実行する上で要求される計算精度を満足するよう，モデル改良を行った．具体的な成果は以下の通りである．
自由表面流れ解析の計算精度の向上に向け，PLIC-VOF法を界面捕捉手法として採用し，一検証としてゲート急開流れの解析を実行した．その結果，本モデルは自由界面の数値攪乱を抑え，従来の格子ボルツマン法の自由表面流れで問題となっていた，界面の非物理的な挙動をよく改善することが分かった．
次に，格子ボルツマン法の計算精度の向上に向け，Multiple-Relaxation-Timeモデルを衝突則として本モデルに適用した．本モデルを用いて矩形容器内定在波の数値実験を行ったところ，本モデルは格子BGKモデルで問題となる，圧力場の攪乱を抑え，計算過程における流体の圧力分布が滑かとなり，自然な流体の挙動を，よく再現できることが分かった．また，流れ場のマッハ数から適切に時間刻み幅を設定することで，格子ボルツマン法の弱圧縮を抑制することが可能であることを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は，自由表面流れ解析モデルとしての格子ボルツマン法の高度化に取り組み，研究計画で挙げた技術課題，(1)PLIC-VOF法による界面捕捉手法の高度化，(2)Multiple-Relaxation-Timeモデルによる圧力場の計算精度の向上に成功したため，計画通りに進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
津波の発生から市街地氾濫に至るまでの，統一的な解析を可能にするため，2D-3Dハイブリッド・シミュレーション手法に関する数値的検討を実施する．具体的には，津波解析を実施する上で許容される弱圧縮性を明らかにし，その弱圧縮を考慮した接続スキームを構築する．その上で，実スケールの大規模市街地氾濫解析を実施し，2D-3D間の接続地点についての検討を行う．
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