| 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, 研究グループ長 (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 / ISPH / 砕波 / 安定化スキーム / 解像度可変 / 消波ブロック / 消波境界 / 数値波動水槽 / 混合粒径モデル / 砕波境界モデル / 混合粒径 / 異相界面 / 圧力改善 / 水表面境界条件モデル / 衝撃砕波力 / 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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| 研究成果の概要 |
実スケールによる検証が可能な数値波動水槽では，台風下の高波で問題となる衝撃砕波力の再現に，計算コストを抑えつつ構造物周囲の砕波状況を高精度に解くための，より高度な数値モデルの開発が求められている．
本研究では，粒子法を対象に複雑な水面変形を高精度に解くための安定化スキームと，それを高速に解くための解像度可変スキームを開発した．さらに，消波ブロックの間隙構造を解析し，その定量データを基に砕波状況を再現する境界条件モデルを構築した．いずれもベンチマークテストから砕波への適用性の高さが示され，砕波帯の必要な解像スケールに合わせて適切な計算粒子を設置する汎用性のある数値波動水槽の開発に成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年巨大化する台風とそれによる海岸・港湾施設の被害増大から，高波に伴う衝撃砕波力の高精度な予測ツールの開発が求められているが，衝撃砕波発生時の流体挙動・力学的機構については，十分な知見が得られていないのが現状である．この解決手段として，数値波動水槽の活用が期待されるが，海岸土木の広大な計算領域を対象とする条件下で複雑な水面変形を伴う砕波現象を十分安定的に解くための計算スキームの開発は未だ十分とは言えない．本研究では，こうした需要に応えるべく砕波を安定的かつ高速に解析が可能な各種計算スキームを開発して，その適用性を示した．これにより，今後，衝撃砕波に関する検討が大きく進むことが期待される．
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