2013 Fiscal Year Research-status Report
浮体式洋上風力発電装置に加わる波浪荷重の数値計算手法と設計指針の確立に関する研究
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25420860
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柴田 和也 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (30462873)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 粒子法 / 重合粒子 / 楕円粒子 / 浮体運動 / 係留力 |
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| Research Abstract |
浮体式洋上発電装置に加わる波浪荷重を，粒子法を用いて高空間解像度で数値解析する際に計算時間とデータ容量の増大が問題となる．この問題を解決するために重合粒子と楕円粒子という方法をこれまでに開発した．本年度では重合粒子に高精度な内挿補間を適用する改良を行った．また楕円粒子の計算に必要なラプラシアンモデルを開発した．これらの開発した手法を3次元の海水打ち込み計算に適用しその有効性を検証した．
具体的な改良として、局所的に粒子法の空間解像度を向上させることができる双方向の重合粒子に，最小二乗法による内挿補間を導入することで重合部での精度向上を図った．また２つの計算領域間の情報伝達に背景格子を介さない直接的な方法を行なった．さらにMPS法のオリジナルのラプラシアンモデルを，座標軸方向毎の分散値を考慮できるように拡張し楕円粒子に適用することで粒子数の削減を図った．
これらの改良した重合粒子と楕円粒子を海水の打ち込み計算に適用した．結果，これらのモデルを使用しない場合に比べて, 総粒子数は今回の場合約21%に削減することに成功し，計算時間は約19%に短縮できた．本手法により計算コストを大幅に削減できることを示した．
また、浮体式洋上発電装置の波浪中での挙動を計算するために、係留された3次元の浮体を計算できる粒子法の計算手法を開発した。浮体に働く力として流体からの圧力に加えて係留力を考慮できるようにした。この手法は6自由度の浮体の運動計算が可能である。また運動振幅の大きさに制限がなく、大振幅の計算にも適用できるという特徴がある。
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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
計算量を削減する手法を開発し、水波を高解像度で計算する際の計算コストを低減することに成功したため。また浮体に働く係留力のモデルの導入に成功したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
計算効率をさらに向上させる方法ために，流入セルの配置の工夫による高解像度領域の絞込み，２つの領域間の粒子の体積比の拡大，重合粒子の多階層化などを行う予定である．また開発した手法の検証を行う。具体的には、圧力値，重合境界部における流量と運動量の誤差，領域間の粒子の体積比と楕円粒子のアスペクト比をさらに大きくした場合での有効性、浮体運動に適用した場合の有効性を検証する予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究計画に若干の修正をし、一部の研究作業を次年度に行うこととした。これにともない研究活動に必要な一部の研究費を次年度に使用することとした。
修正した研究計画に従って、適時研究費を支出する予定である。
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