渦法による非線形波浪中における浮体の挙動および周辺流場解析法の開発

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26420828
• Research Institution: Saga University
• Principal Investigator: 今井 康貴 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 准教授 (90284231)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 永田 修一 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 教授 (30404205) ; 村上 天元 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 助教 (90611278)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 波力発電 / 浮体式海洋構造物 / 渦法

Outline of Annual Research Achievements

流れ関数と渦度を未知量とした2次元浮体の波浪中動揺解析法を基に、流速、渦度、流体圧力を未知量とした2次元浮体の時系列解析法の開発を行った。計算には、微分型表示の連続の式とNavier-Stokesから得られた、①流速に関する積分方程式、②微分型表示の渦度方程式、③流体圧力に関する積分方程式の３つの基礎式を用いた。①と③の流速と流体圧力に関する積分方程式は、流体領域の内部と境界に関する積分方程式となっているので、これを2次元の2次要素で離散化した。①と③で示される2つの積分方程式の核関数は、2次元ラプラスの方程式の基本解である対数ポテンシャルである。時々刻々移動する自由表面と浮体表面の境界位置を追跡し、各時間で定義される新しい流体領域に対して①、③の積分方程式を適用した。渦要素モデルにはblobモデルを用いた。Diffusion stepの計算では,渦度の粘性拡散の計算法として、Core-Spreading法やParticle Strength Exchange法等を比較検討し、また渦層モデル等の壁面からの渦度生成の最適モデルの比較検討を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

おおよそ計画通りに進捗しているため。

Strategy for Future Research Activity

2次元渦法による浮体運動と周辺流場解析法を３次元に拡張する。渦法の３次元問題への適用については、自由表面の無い内部流れに関して、機械工学の分野で多数の研究があるが、自由表面を伴う水面波問題への適用は見当たらない。計算には、2次元の場合と同じく、微分型表示の連続の式とNavier-Stokesから得られた、①流速に関する積分方程式、②微分型表示の渦度方程式、③流体圧力に関する積分方程式の３つの基礎式を用いる。①と③の流速と流体圧力に関する積分方程式は、流体領域の内部と境界に関する積分方程式となっているので、これを3次元の2次要素で離散化する。①と③で示される2つの積分方程式の核関数は、3次元ラプラスの方程式の基本解であるポテンシャルである。時々刻々移動する自由表面と浮体表面の境界位置を追跡し、各時間で定義される新しい流体領域に対して①、③の積分方程式を適用する。
2次元の場合と同様に、3次元の渦要素モデルには渦blobを用い、微分型の渦度方程式の解法では、Fractional step法を用いて、Convection step, Diffusion stepの2段階で計算する。Diffusion stepの計算では,渦度の粘性拡散の計算法と壁面からの渦度生成モデルは、2次元問題で選定したモデルを用いる。

Causes of Carryover

旅費を必要とする出張が少なかったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度使用額は物品費に使用予定。