2020 Fiscal Year Annual Research Report
多方向不規波群において出現する海洋巨大波の内部機構の解明とその衝撃力の推定
| Project/Area Number |
20H02369
|
|---|
| Research Institution | Hiroshima University |
|---|
Principal Investigator |
陸田 秀実 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (80273126)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 義和 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (00335704)
谷口 直和 広島大学, 工学研究院, 研究員 (30711733) [Withdrawn]
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 海洋巨大波 / Draupner Wave / Freak wave / 衝撃砕波圧 / 粒子法 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題では，オックスフォード大学が提唱した多方向交差角を有する不規則波群の非線形干渉によって出現する海洋巨大波の波動理論に基づいて，エジンバラ大学所有の世界唯一の円形型FloWave水槽（多方向の波と流れの共存場が再現可能な実験施設）を用いて，海洋巨大波を数値水槽で再現した．加えて，2つの要素技術（マンチェスター大学および広島大学が開発している(1) 高解像・高精度なコンピューティング・ビジュアライゼーション (SPH-GPU) 技術および(2)高精度な音響トモグラフィーCAT技術）を組み合わせることで，実海域に即した多方向交差角を有する不規則波群の非線形干渉によって出現する海洋巨大波の実態解明とその成因メカニズムを明らかにするための準備を進めている．さらに，この海洋巨大波が，船舶・海洋構造物・海洋エネルギー施設に及ぼす影響，最大衝撃荷重の時空間分布を明らかにし，実海域で出現する海洋巨大波の予測と回避の方法，さらには実用的な設計外力の指針および基準を提案するためのツール開発が進行中である．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
以下の理由の通り，概ね順調に進展している．
①多方向交差角を有する不規則波群における海洋巨大波の造波理論：実海域を想定した多方向不規則波群による海洋巨大波の発生は，オックスフォード大学の研究 (JFM, 2019) が世界初である．本研究では，この波動理論に基づいて，FloWave水槽（エジンバラ大学所有）を用いて，168枚の造波板をリアルタイムに制御するための造波信号を作成した．これにより，多方向交差角を有する波群同士の波峯間干渉によって出現する主波と横断波の方向スペクトルの重ね合わせを行い，任意の海象条件下の海洋巨大波を発生/砕波させる波動理論を構築した．
②海洋巨大波を対象とした高解像・高精度なコンピューティング・ビジュアライゼーション(SPH-GPU)技術の開発：理論的および実験的アプローチによって，時空間的に高分解能な4次元力学諸量（流速，波高，流体力など）を取得することは困難である．そこで，大規模・高解像・高精度なコンピューティング・ビジュアライゼーション (SPH-GPU粒子法) 技術の開発を行った．SPH-GPU粒子法は，最先端の粒子法シミュレーションと高速GPUグラフィック演算を併用したCFDコードであり，海洋巨大波の物理場の時空間的変化の3D可視化が可能となった．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は，海洋巨大波の予測と回避のために設計支援ツールの開発を行い．これまでの研究に基づいて，任意の海象条件下で出現する海洋巨大波と海洋構造物（浮体式海洋構造物，大型船舶，海上プラットフォームなど）による構造流体連成に関する実験を行い，浮体の6自由運動計測，衝撃荷重を計測する．得られた実験結果とSPH-GPU粒子法による計算結果を精度検証するとともに，各種海洋構造物の設計指針を新たに提案する．また，SPH-GPU粒子法を用いて，各種サバティカル条件下で発生する海洋巨大波の予測シミュレーションをパラメータスタディし，その回避条件を数値実験的に明らかにする．さらに，先に示した構造設計指針に基づいて海洋巨大波の予測・回避を可能とする設計支援ツールを開発する．
|
