HPCMを用いた大規模非線形数値造波水槽の研究開発

• 研究課題/領域番号: 17H03501
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 船舶海洋工学
• 研究機関: 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所
• 研究代表者: 谷澤 克治 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (70373420)
• 研究分担者: 黒田 貴子 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (00415811) ; 宝谷 英貴 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (30636808)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円); 2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2018年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: HPCM / 数値造波水槽 / 非線形数値造波水槽 / スパース行列 / 繰り返し解法 / NWT

研究成果の概要

節点数が数万を超える大規模計算へ適用可能なHPCM(Harmonic Polynomial cell method)による境界値問題ソルバーを開発し、このソルバーを用いた二次元非線形数値造波水槽を試作して長時間の造波計算を実施したところ、安定した計算が可能であり、計算精度も確保出来ていることが確認できた。 三次元数値造波水槽の開発にも挑んだが、効率の良い節点番号と要素番号の振り方、大振幅のRollやYaw等の回転運動を伴う自由浮体に柔軟に対応できる流体ボリュームの要素再分割法の開発に手間取り完成には至らなかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

開発したHPCMによる数値造波水槽はまだ二次元ではあるが時間領域で非線形な自由表面波動を平滑化することなく安定して計算することができた。本コードを三次元化することで実際の試験水槽を丸ごと数値シミュレーションすることが可能となり、船舶の造波抵抗や、波浪中抵抗増加をこれまで以上に高精度で計算することが出来るようになると期待できる。また、自由表面波の非線形相互作用の研究ツールとしての活用も可能であり、フリーク波の発生メカニズムの解明等にも応用可能であろう。