Eulerian calculation method for motion of the sediment particles with grain size distribution in water flows
| Project/Area Number |
19K21995
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
内田 龍彦 広島大学, 工学研究科, 准教授 (00379900)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河原 能久 広島大学, 工学研究科, 教授 (70143823)
橋本 涼太 広島大学, 工学研究科, 助教 (60805349)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | オイラー型堆積モデル / 利用可能空隙率 / 粒径比 / 混合粒径 / 粗粒子充填過程 / 細粒子充填過程 / 最密充填 / 自然堆積 / オイラー型粒子群解析法 / 空隙率 / 多相流モデル / 分級 |
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| Outline of Research at the Start |
混合粒径の河床変動解析ではコントロールボリュームとして導入される交換層の厚さと空隙率の評価法が確立されておらず，河川，海岸や地形に関する多くの学術，技術の発展を妨げている．本研究では問題は混合粒径粒子の連続式に関わる問題であるため，空間平均された粒子運動を記述できるオイラー的解析手法に着目した．このため，粒径集団ごとに空間平均された連続式をベースにしたオイラー型の任意形状粒子の充填理論を構築する．そして，この理論と混合粒径河床近傍の複雑な流れを精度よく解くことが出来る準三次元解析法を組み合わせ，水流中の混合粒径土砂運動を水と各粒径集団の多相流として扱うオイラー型多相流解析法を開発する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
砂礫，石礫河川において河床を構成する幅広い粒度分布に対して，流れによる河床変動解析を行う場合，空隙率とコントロールボリューム厚さをどうするかの問題が解決されておらず，これらが長く混合粒径河床変動解析のネックになっている．一方，個別の粒子をラグランジュ的に解析する個別要素法(DEM) では，粒子間の相互作用を直接的に解析するために，交換層厚，空隙率といった問題が表れず，従来の流砂の未解決問題の解決のツールとして着目されている．しかし，無数の土砂粒子を個別で取り扱うことは計算機能力の点から非現実的であり，実際，DEMの適用は比較的一様に近い粒度分布などの単純な条件への適用に限られる．本研究では問題は混合粒径粒子の連続式に関わる問題であるため，空間平均された粒子運動を記述できるオイラー的解析手法に着目し，新たな混合粒径土砂輸送解析モデルを開発することを目的としている．本年度は，各粒径粒子が利用できる空隙率(利用可能空隙率)の概念を提案し，それを用いたオイラー型混合粒径堆積モデルを開発した．本解析法は現地で採取した種々の粒度分布を用いた最密充填時の空隙率の特徴を説明できることを示した．また，有限厚さにおける空隙率と堆積高さについて説明できる理論を構築するとともに，水理実験により，分級による土砂体積の変化が生じることを明らかにした．しかし，自然堆積土においては再現性が低くなる問題があった．そこで，詳細な二粒径土砂堆積実験を行い，粗粒子充填条件と細粒子充填条件では堆積過程が異なることを明らかにした．
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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
混合粒径土砂輸送モデルの最も核となるオイラー型混合粒径土砂堆積モデルを開発でき，さらにそれを検証する基礎実験を実行し，モデルの妥当性を検証できたため．さらに，侵食過程についても実験を行い，定式化に向けて道筋をつけている．この後に計画している混合粒径土砂輸送実験のベンチマークデータについても実験を始めており，解析法の妥当性を検証する準備が整っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
混合粒径土砂の侵食過程の基礎実験について精度の高い比較検証データを取得し，侵食理論式を検証する．次に，流れによる土砂輸送について混合粒径土砂輸送実験のベンチマークデータを整理し，新しい土砂輸送解析モデルを開発し，検証する．解析法の妥当性を検証する準備が整っている．河床表層，浸透流についても検討し，底面流速と混合粒径土砂の相互作用を考慮した新しい解析法を開発し，検証する．
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
