2022 Fiscal Year Research-status Report
多方向波群において破波を伴い発達する海洋巨大波の実態解明と新たな破波指標の確立
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22K14429
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
金平 大河 京都大学, 防災研究所, 特定研究員 (50880019)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 砕波 / 多方向波浪場 / 粒子法 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
船舶が頻繁に往来する沖合は，沿岸域に比べ再生可能エネルギ賦存量の多い海域で，人類の欠かせない経済活動の場である．これら経済活動のさらなる発展には，最大の自然外力を与える海洋巨大波 の実態解明が不可欠であるが，その突発性故，海洋巨大波に対する合理的な設計外力や指針は十分に確立されておらず，人命にかかわる海難事故は後を絶たない．また，しばしば多方向波群となる沖合で発生する巨大波の幾何学的情報・破波現象は，海洋巨大波の形成過程に密接な関係があり，破波指標など従来の沿岸域 (1方向波群) において構築されてきた学術体系の適用は困難である.
このような社会的・学術的背景の下，本課題では，粒子法を用いた円形型数値水槽を用い，(1) 海洋巨大波の発達と破波現象の関連性解明，(2) 鉛直方向破波が生じる各種波浪条件を明確化，(3) 液滴飛散現象を含む破波現象に対し鉛直方向破波指標の確立を目的としている．鉛直方向破波時の流体物理量を実験的に取得するとともに，空間波形・破波時の流体加速度など, 実験では取得困難な物理量を数値流体力学的に取得可能にし，船舶海洋工学，海洋物理学など様々な分野に適用可能な新たな学術体系を確立することを目的としている．
本年度は空間波形・破波時の流体加速度など, 実験では取得困難な物理量を数値流体力学的に取得可能にするため，①広領域の波の伝播を高速に解く手法と②波が砕波する狭領域を高精度に解く手法のカップリングの開発に取り組んだ．また，多方向波浪場において巨大波を生成し，砕波時の幾何学的情報など，数値モデルの精度検証に適用可能な実験データを取得した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
広領域の波浪伝播を高速に解く手法として，ポテンシャルソルバーを用いたOceanWave3Dを新たに導入し，一方向波浪場，多方向波浪など各種波浪条件，任意海底地形において波浪伝搬解析が高速に行えるようになった．また，一方向波浪においては，狭領域をナビエストークス方程式と粒子法に基づき高精度に解く手法，DualSHPysicsとの一方向カップリング手法をコーディングし，各種波浪場の精度検証を実施した．さらに，多方向波浪場における砕波現象を実験的に再現し，巨大波砕波時の幾何学的情報（多数の波高計を用いた水位変動の面的データ）など，数値モデルの精度検証に適用可能な実験データを取得した．
一方で，当初予定していた多方向波浪場における双方向カップリング手法の構築は未だ実施できていない．また，実験データの解析や数値モデルとの比較は，予備試験実験データを用いた検証にとどまっている．以上のことから，やや遅れていると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
多方向波浪場における双方向カップリング手法を構築する．広領域の波浪伝播はポテンシャル計算をベースとしたOceanWave3Dを用い計算し，狭領域を解析する際の境界条件となる流速データを取得する．取得した流速データを接続域で補間し狭領域波浪伝播の境界条件として用いる．接続領域においては，広領域波浪伝播解析のメッシュ上で取得した流速値に双一次補間，あるいは双三次補間を施し，狭領域波浪伝搬解析で用いる流速境界条件とする．なお，鉛直２次元の一方向波浪伝播におけるカップリングモデルは既に開発済みであり，今後は３次元の波浪伝播解析にコードを拡張予定である．
その後，非線形性が強くこれまでの数値モデルでは再現不可能であった，多方向波浪場における砕波現象の数値数値シミュレーションを実施し，取得済みの実験データと立体的な水位変動比較を行い，巨大波砕波時の幾何学的情報や運動学的情報を取得し目的を遂行する予定である．
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| Causes of Carryover |
昨年度の夏に予定していた海外主張がコロナの影響で実施できなかったため．なお，本出張は本年度に実施予定である．
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