2009 Fiscal Year Annual Research Report
高解像度固液混相流モデルによる混合粒径砂の鉛直分級機構の計算力学的研究
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21760386
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
原田 英治 Kyoto University, 工学研究科, 准教授 (00362450)
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| Keywords | 個別要素法 / CIP-CUP法 / Smaorinskyモデル / 鉛直分級 / 固液混相乱流 |
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| Research Abstract |
混合粒径流砂・漂砂の流送過程で見られる異る粒径砂の選択輸送による分級現象は、河床または海底地形の変動を予測する上で、あるいは、水理環境を議論する上で重要な現象である。分級過程は、高濃度粒子流送現象であり、力学的には底質構成材料である粒子・粒子および粒子・流体間の活発な相互作用による運動量交換が支配的な固液混相流現象である。また、分級現象は、個々の粒子運動の集積によって支配されるため、その詳細な理解には、粒子スケールよりも細かい視点から照査することが重要である。当該年度では、個別要素法(DEM)を砂粒子追跡モデルに採用し、また、砂粒子スケールよりも細かい計算格子を用いたCIP-CUP法ベースの流れ場ソルバーとのカップリングによって鉛直2次元場での混合粒径砂の鉛直分級を対象とした数値シミュレーションを実施した。なお、鉛直分級を対象としたシミュレーションの前には、構築したコードの基本的な動作確認のために、粒子群の沈降・堆積過程を対象にした数値シミュレーションおよび簡易な水理実験を実施した。また、鉛直分級が発現する状態は固液混相乱流状態であるため、DEMとCIP-CUP法を融合した固液混相流モデルの枠組みにサブモデルとしてSmagorinskyモデルによるLESの枠組みを整備した。本年度の後半にはモデルの3次元化へ取組んだ。3次元モデルの再現性について検討するため、単一粒子の沈降過程を対象にした水理実験を実施し、同条件での3次元数値シミュレーションを通じて、双方の結果を比較した。
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