| 研究課題/領域番号 |
21K14256
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分22040:水工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所 |
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研究代表者 |
鶴田 修己 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 港湾空港技術研究所, グループ長 (30747861)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 粒子法 / 混合粒径モデル / 安定化スキーム / 砕波境界モデル / 混合粒径 / 異相界面 / 解像度可変 / 圧力改善 / 水表面境界条件モデル / 砕波 / 衝撃砕波力 / 数値波動水槽 / 水理模型実験 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
以下3つの具体的課題を設定する．
・砕波下における気泡の発達過程及び水粒子速度の変化に関するスケール効果の検討
・砕波下における気泡の混入度による衝撃砕波力の変化特性の検討
・スケール効果を導入した衝撃砕波力に関する数値モデルの展開
本研究では，従来のフルード則のみを根拠とする波高基準の波力算定方法とは異なり，波の砕波状況を直接評価して，数値シミュレーションと組み合わせた新たな波力算定方法の構築を目指す．
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| 研究実績の概要 |
令和5年度は，前年度に開発した異相界面を局所的かつ動的に高解像度追跡する混合粒径モデルに対し，種々の高精度スキームとの適用性を高めるべくモデル改良を施した．具体的には，粒子法で普遍的に適用されるkernel関数において，計算粒子スケールで代表・離散化される従来の適用法から，粒子体積を考慮した積分型の適用方法を新たに導入する事で，影響円外縁及び中心付近に位置する近傍粒子の重みづけ評価の歪みを改善し，質量保存及び計算安定性を向上させた．
また，構造物周りの砕波状況の再現性を向上させるべく，改良型消波（砕波）境界モデルを開発した．従来のポーラスモデルでは，消波ブロックのような複雑構造物の幾何特性を考慮しておらず，ブロック間への高速流の入射・射出や複雑流れを伴うブロック間隙の砕波状況を再現する事が出来なかった．そこで本研究では，乱積みした消波ブロックの間隙構造を詳細に解析・投影する事で，２次元空間でブロック間隙の複雑流を疑似的に再現可能な新しい消波（砕波）境界モデルを構築し，衝撃波力の再現性向上を図った．更に，開発したモデルを消波護岸の越波シミュレーションへ適用し，従来のポーラスモデルでは再現性が著しく低下する砕波下の越波流量について，既往の実験結果への再現性を劇的に向上させることに成功した．
研究期間全体を通じた成果としては，まず，計算精度・安定性を向上させる改良型圧力勾配モデルの開発により波力算定の精度を向上させた．その後，気相・液相等の異相界面をより高精度かつ高速に追跡するための混合粒径モデルを開発し，適用範囲の向上を図った．更に，消波（砕波）境界モデルの開発から，構造物周りの砕波の再現性を劇的に向上させた．これらモデルの精度検証では，水理模型実験や理論解との比較から各モデルの高い適用性を示した．
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