Eulerian calculation method for motion of the sediment particles with grain size distribution in water flows

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21995
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Uchida Tatsuhiko 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (00379900)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河原 能久 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 名誉教授 (70143823) ; 橋本 涼太 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (60805349)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 混合粒径 / 空隙率 / 交換層 / オイラー型モデル / 利用可能空隙率 / 土砂堆積膨張 / 土砂輸送 / 分級

Outline of Final Research Achievements

In the case of flow-induced riverbed elevation analysis with a wide range of grain size distributions, the problems of porosity and control volume thickness have not been solved, and these have long been a bottleneck in the analysis. This study aims to develop a new analytical model for mixed-size sediment transport, focusing on the Eulerian analysis method, which can describe the available porosity concept. The concept is proposed and an Eulerian mixed-size sediment transport model is developed using this concept. Hydraulic experiments have shown that changes in sediment volume occur as a result of classification.

Free Research Field

水工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

DEMと高度な三次元乱流解析法をカップリングした数値解析は新しい土砂水理の発展に期待が大きいが，従来の混合粒径流砂モデルとの関係は単純な場に留まっている．本研究では，これまでの枠組みに捉われず，混合粒径粒子群に対して，各粒径相ごとに連続式と運動方程式をオイラー型で記述する独創的な解析法に挑戦するものである．混合粒径土砂の流れによる流送過程と地形変化の解析法を開発することは治水，環境両面で河川管理において重要であるだけでなく，土石流，山地土砂流出，堤防強度，浸透などの評価においても重要である．さらに，水と混合粒径の粒状体力学は，機械工学，化学工学，粉体工学においても重要な研究テーマである．