Innovation of particle method for solid-liquid multiphase flow model by introducing SPS mass transport model
| Project/Area Number |
21H01433
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22040:Hydroengineering-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
後藤 仁志 京都大学, 工学研究科, 教授 (40243068)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 英治 京都大学, 工学研究科, 教授 (00362450)
Khayyer Abbas 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80534263)
五十里 洋行 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80554196)
清水 裕真 京都大学, 工学研究科, 助教 (20869705)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
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| Keywords | 固液混相流 / 粒子法 / SPS質量輸送モデル / 拡散方程式 / 激甚土砂災害 / 数値移動床 / PIV |
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| Outline of Research at the Start |
混相流と粒状体の力学に基づく計算力学は，相似率の制約による移動床水理実験の限界を突破するための切り札であり，災害のメカニズムを深く理解するための鍵でもある．現在では連続相を粒子法で，分散相を個別要素法で扱う連成解析が行えるようになったが，実際の分散相は巨礫から微細土砂まで幅広いスケールに及ぶので，計算機の演算性能の制約から未だに微細土砂の影響を無視した解析を実施せざるを得ない．本研究では，現行の計算機の性能の制約下でも，微細土砂の影響を合理的に力学モデルに取り込めるSPS質量輸送モデルを開発し，微細土砂を高濃度に含む流れにおける構造物の被災メカニズムを計算力学の面から明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
混相流と粒状体の力学に基づく計算力学は，相似率の制約による移動床水理実験の限界を突破するための切り札であり，災害のメカニズムを深く理解するための鍵でもある．現在では連続相を粒子法で，分散相を個別要素法で扱う連成解析が行えるようになったが，実際の分散相は巨礫から微細土砂まで幅広いスケールに及ぶので，計算機の演算性能の制約から未だに微細土砂の影響を無視した解析を実施せざるを得ない．本研究では，現行の計算機の性能の制約下でも，微細土砂の影響を合理的に力学モデルに取り込めるSPS質量輸送モデルを開発し，微細土砂を高濃度に含む流れにおける構造物の被災メカニズムを計算力学の面から明らかにする．
本研究では，計算モデルの構築に関して3つのフェイズを想定した．第1フェイズはスカラー量の拡散係数を与える等方的拡散モデルの構築，第2フェイズは粒子法による拡散テンソルの異方性を評価できる乱流モデルの開発である．第3フェイズは幅広い粒径スケールに対応するための分散相モデルの高度化である．
初年度は，第1フェイズ，すなわち等方的拡散モデルの構築を完了し，いくつかのベンチマーク問題に適用した．昨年度は，カップリングモデルで固体粒子群の計算効率を上げるための準備として，個別要素法の陰解法化を完了した．本年度は，昨年度に本格的に稼働させたPIVシステムを活用した混相乱流計測を実施するともに，粗粒径粒子に焦点をあてた波打帯における掃流砂の流送メカニズム，および細粒径粒子に注目した孤立遡上波下の砂漣形成メカニズムに関して，DEM-MPS法によるカップリング計算を実施した．第3フェイズの最終目標であった幅広い粒径スケールを統一して同時に扱うモデルには至らなかったが，その基盤をなすカップリング計算には成功した．得られた成果に関しては，本報告書の項目10に記載の国際学術誌・学会発表等で公表した．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(22 results)
