| 研究課題/領域番号 |
19H05613
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
大区分C
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
青木 尊之 東京工業大学, 総合研究院, 教授 (00184036)
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| 研究分担者 |
森口 周二 東北大学, 災害科学国際研究所, 准教授 (20447527)
松下 真太郎 東京工業大学, 工学院, 助教 (20883036)
橋本 博公 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (30397731)
肖 鋒 東京工業大学, 工学院, 教授 (50280912)
高木 知弘 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (50294260)
白崎 実 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (50302584)
渡辺 勢也 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (80871540)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
194,610千円 (直接経費: 149,700千円、間接経費: 44,910千円)
2023年度: 38,220千円 (直接経費: 29,400千円、間接経費: 8,820千円)
2022年度: 38,220千円 (直接経費: 29,400千円、間接経費: 8,820千円)
2021年度: 42,250千円 (直接経費: 32,500千円、間接経費: 9,750千円)
2020年度: 36,270千円 (直接経費: 27,900千円、間接経費: 8,370千円)
2019年度: 39,650千円 (直接経費: 30,500千円、間接経費: 9,150千円)
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| キーワード | 混相流 / 流木 / 液膜 / 界面活性剤輸送 / AMR / 混相流シミュレーション / 液膜・泡沫 / 流木・瓦礫 / 液架橋 / 自由界面 / 泡沫 / マルチ・フェーズフィールド法 / あ / 弱圧縮性流体計算 / 界面活性 / 流木補足 / GPU / LBM / 非ニュートン性流体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
自由界面を含む非圧縮性（低マッハ数）の混相流に対し、弱圧縮性流体計算手法、AMR法や動的負荷分散などの高性能計算技術を導入する革新的な数値シミュレータを開発し、100nm～1kmにわたる3つの実問題 ①多量の瓦礫や流木を含んだ流れの自然災害、②液膜ダイナミクスおよび泡沫の生成・崩壊、③粒子間の液架橋を直接計算する固気液分散系の低水分スラリーに適用する。GPUスパコン等で大規模計算を実行することにより詳細モデルで解きながらマクロな性質を導き出し、大量の瓦礫や流木の補足や構造物への衝撃、液膜や泡沫の生成・崩壊、スラリーの粘弾性特性など、混相流の流体力学における新しい知見を得る。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、① 多量の瓦礫や流木を含んだ流れ、② 液膜のダイナミクスおよび泡沫の生成・崩壊、③ 粒子間の液架橋を直接計算する固気液分散系シミュレーションから構成される。
①流木と構造物の激しい衝突の安定な計算が可能になり、岩手県岩泉町乙茂地区の洪水氾濫において被害が大きく多数の流木が堆積した場所では、(A)建物に挟まれた細い流路の閉塞による堆積、(B)建物の角に流木が衝突し減速することによる堆積、(C)建物の壁にほぼ垂直に流れが当たることにより生ずるよどみ領域での堆積が流木捕捉の主な原因であることを見出した。その防災対策である不透過型堰堤に付設された流木捕捉工に対し、流木長が捕捉工の鋼材間隔の75%より長ければ、90%以上が捕捉されることを明らかにした。また、多数の巨礫を含んだ土石流における河床の凹凸の影響も明らかにした。
②水中の気泡が上昇して水面に達し、薄い液膜に覆われた半球状の気泡が長時間維持される現象に対して非イオン性界面活性剤の輸送を同時に解き、水へのグリセロールの含有量による粘度および界面活性剤濃度が気泡を形成している液膜の寿命に影響を及ぼすことを明らかにした。気泡液膜が水面と接する端部で液膜の厚さが減少するマージナル・ピンチングにおいて、毛管圧力、粘性力、マランゴニ力の相互関係で薄膜化し破断に至ることを明らかにした。また、マルチ・フェーズフィールド法による泡沫形成のシミュレーションにおいて、表層の泡沫が断熱効果を示すことを確認した。さらに、砕波により発生する気泡・液滴のサイズ分布がべき乗則とよく一致することを明らかにした。
③容器内にパッキングされた水分を含んだ粒子の数を1000個まで増やし、複数GPUを用いたせん断試験のシミュレーションの結果は、125個の粒子の計算と定性的に大きな違いはなく、ダイラタント流体としてのモデル化が可能であるとの示唆が得られた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 評価記号 |
中間評価所見 (区分)
A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの進展が認められる
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