2022 Fiscal Year Annual Research Report
Lagrange型固液混相モデルによる砕波帯内の漂砂動力学の新展開
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22J12975
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田崎 拓海 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2022-04-22 – 2024-03-31
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| Keywords | 粒子法(MPS法) / 個別要素法 / 固液混相流 / 砕波帯 / 漂砂 / 乱流解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度では，(1)複数の固体粒子存在下の乱流モデルの検証と，(2)Lagrange型固液混相モデルによる砕波帯内の漂砂機構の検討の2つの課題に並行して取り組んだ．
(1)について，固体粒子群の非定常沈降過程を対象に水理実験を行い，屈折率整合技術を併用することで沈降固体粒子群内部の間隙流速場データをPIVにより取得した．計測結果から直接計算した乱流応力項とモデル応力を比較すること(a priori testing)で，既存の2つの空間平均型の乱流モデル(Smagorinskyモデルと非線形モデル)を評価し，沈降粒子が誘起する乱流場において，非線形モデルが高い評価性能を有することを確認した．また，検証した乱流モデルを導入した高解像度のDEM-MPS法による3次元解析を実施した．データ同化に繋がる基礎的な検討を行い，Lagrange型固液混相乱流モデルの開発において進展があったといえる．
(2)について，はじめに造波水槽に模擬した激しい底質輸送を伴う砕波帯における流速場のPIV計測を実施した．計測データとの比較を通して数値解析モデルを定量的に評価した後，乱れエネルギーの輸送方程式を用いて，砕波下で形成される渦内部の乱流構造と乱れエネルギー収支や，砕波による底質巻き上げ過程における流体-粒子間の相互作用力が乱れエネルギーに与える影響を検討した．また，多孔質体内の自由表面流の粒子法解析に適用されてきたモデルを導入し，波打ち帯の漂砂過程を解析した．
以上の成果の一部は，国内学術誌や国内学会で公表しているほか，主要国際学術誌へ投稿しており査読中(令和5年4月1日現在)である．また，国際学会における発表が受理されている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要欄で詳述した通り，当初に計画していた2つの課題を着実に進め，一部の研究成果の公表を行った．
上記課題(1)では数値解析結果の検証(validation)のみに実験計測値を用いるのではなく，実験計測(PIV)と粒子法による数値解析が相互に補完しあうモデルの開発に向けた検討を行った．これは，これまで粒子法解析では行われてこなかった新規性の高い取り組みである．また，課題(2)では，粒子法解析により砕波下の底質巻き上げ過程を再現しただけではなく，乱流の支配方程式から砕波下の漂砂機構を検討した．
以上のように，従来の水理実験や数値解析では検討が十分にはできなかった砕波帯内の漂砂機構の一端を明らかにすることが期待できる成果を得たため，本研究課題は順調に進展しているものと捉えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に沿って(3)波打ち帯の漂砂機構の検討，を3次元粒子法解析を通して実施する．令和4年度の課題(2)と同様に数値解析結果の信頼性を担保する目的で水理実験の実施も検討している．波打ち帯の水理特性は砕波帯と異なる点も多く，浸透流と関連付けた検討を進めることで，汀線付近の漂砂過程に関する新たな知見が収集されると予想される．
また課題の進捗状況に応じて，令和4年度に取り組んだ課題(1)についても継続して取り組むことを計画している．ロバストな乱流モデルの構築に向けて，PIV計測値を用いた乱流モデルのパラメーター最適化，あるいは流れ場情報から動的にパラメーターが決定されるパラメーターフリーな乱流モデルの検討が望まれる．
主として波打ち帯の漂砂機構の検討をさらに推進しながら，乱流モデル構築に向けた検討も進めたい．
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