| 研究課題/領域番号 |
19K21995
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分22:土木工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
内田 龍彦 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (00379900)
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| 研究分担者 |
河原 能久 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 名誉教授 (70143823)
橋本 涼太 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (60805349)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | 混合粒径 / 空隙率 / 交換層 / オイラー型モデル / 利用可能空隙率 / 土砂堆積膨張 / 土砂輸送 / 分級 / ひずみ / オイラー型混合粒径モデル / 細粒土砂 / 堆積過程 / Fine Packing / Coarse Packing / 粒径比 / 侵食過程 / オイラー型堆積モデル / 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 / 多相流モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究成果の概要 |
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．本研究では，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，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．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．また，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．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
DEMと高度な三次元乱流解析法をカップリングした数値解析は新しい土砂水理の発展に期待が大きいが，従来の混合粒径流砂モデルとの関係は単純な場に留まっている．本研究では，これまでの枠組みに捉われず，混合粒径粒子群に対して，各粒径相ごとに連続式と運動方程式をオイラー型で記述する独創的な解析法に挑戦するものである．混合粒径土砂の流れによる流送過程と地形変化の解析法を開発することは治水，環境両面で河川管理において重要であるだけでなく，土石流，山地土砂流出，堤防強度，浸透などの評価においても重要である．さらに，水と混合粒径の粒状体力学は，機械工学，化学工学，粉体工学においても重要な研究テーマである．
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