2020 Fiscal Year Annual Research Report
Computational fluid dynamics simulations of lateral and uplift forces acting on structures set in steady open channel flows
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18K04426
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
小山 毅 東京電機大学, 未来科学部, 准教授 (50572608)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 数値流体解析 / 洪水 / 津波 / 開水路 / 抗力 / フルード数 / 閉塞率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は数値流体解析手法を用いて,準定常状態に達した津波および河川堤防の決壊・越流によって生じた氾濫流が構造物に及ぼす抗力及び揚圧力を評価し,その支配的なパラメーターを明らかにした上で,容易な評価手法を確立することである.
本年度は，3次元数値流体解析により開水路中に設置された角柱に作用する揚圧力のケーススタディを行った．一般的に，数値解析における揚圧力は，水理実験等の既往研究と同様に角柱底面と水路底面の間にわずかな隙間を空け，角柱底面に作用する圧力を積分することで算出する．角柱底面を通過する水流速は隙間の減少とともに低下し，その結果底面圧力の増大にともなって揚圧力が増加し，その値が一定値に収束することが確認された．揚圧力を評価するために十分小さいと考えられる隙間は平行平板間に流れる層流からおおよそ算出可能であることが示された．数値解析から得れらた揚圧係数は，既往実験と同様の傾向を示したが，実験と比較して2割以上高い値が算出された．その要因として，既往実験における角柱下流の境界条件の情報不足が挙げられる．また隙間が十分小さい場合，角柱底面の圧力分布は角柱底面の辺上の圧力分布を境界条件としたポアソン分布に概ね従うことが示された．この結果は，開水路底面に設置された角柱の揚圧力を，数値解析上の隙間を設けない3次元数値流体解析およびそもそも隙間を設けることができない2次元数値解析から算定するが可能であること示唆し，揚圧力の評価に特別な解析を必要としない点から有用である．
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