シルトフェンスの最適な敷設計画のためのシミュレーションソフトウェア開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555149
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 秋山 壽一郎 九州工業大学, 工学部, 教授 (20192916)
• 研究分担者: 藤井 秀博 大成建設(株), 技術研究所・構造研究部・海洋水理研究室, 室長
• キーワード: 土砂直投工 / 水質汚濁 / シルトフェンス / 固液混相流 / 濁水密度流 / 数値シミュレーション / LES / Smagorinsky Model

研究概要

本研究は、「シルトフェンスというハード」と「その適正な敷設法というソフト」が一体となってはじめて効果的な汚濁防止対策となるとの立場から、シルトフェンスの合理的かつ経済的な敷設を行なうための数値シミュレーションソフトウェアの開発を目的としたものである。本年度の研究実績の概要は以下の通りである。
(1)対象とする現象が大きな乱流スケールが支配的な高濃度濁水密度流であることを踏まえ、乱流モデルとしてはLESを用い、混相モデルとしては1流体モデルに基づく2次元数値シミュレーションモデルの開発とその3次元化の一部を行った。
(2)実験水槽(長さ6.0m、深さ1.0m、幅0.1m)内で発生させたガラスビーズと水を混合した直投粒子群の落下から底面衝突を経て水平流動に至るまでの一連の2次元流動プロセスを再現し、超音波ドップラー流速計および電磁流速計を用いた流速測定、画像解析を用いた濁水流のフロントの層厚と先端移動速度の算定、および採集装置を用いた堆積粒子の算定を行った。
(3)開発した数値モデルと得られた実験データとの比較検討を行った。その結果、全体的に良好な再現結果が得られたが、条件によっては計算を長く続けると底面に沿って流動する粒子群の計算が不安定になることが判明した。現在、このような問題を解決すべく数値計算法の改善を行っているところである。
(4)その他、広域の汚濁の広がりを対象として、FDSに基づく層平均モデルの構築、ならびに直投混合粒子の挙動解析を目的とした2次元混合粒子群に関する実験研究も行った。

研究成果

• [文献書誌] J.Akiyama, A.K.Jha, X.Ying, M.Ura: "Numerical study of 2-D particle clouds and effect of turbidity fences"Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering, JSCE. Vol.19, No.1. 141-152 (2001)
• [文献書誌] X.Ying, J.Akiyama, M.Genhai: "Modeling of motion of particle clouds formed by dumping dredged material"International Journal of China Ocean Engineering. Vol.15, No.1. 85-96 (2001)
• [文献書誌] A.K.Jha, J.Akiyama, M.Ura: "Flux-difference splitting scheme for gravity currents"The 8th international Symposium on Flow Modeling and Turbulence Measurements IAHR, Tokyo. (in press). (2001)
• [文献書誌] 秋山壽一郎, 野中雅之, 斎賀 仁, 浦 勝: "混合粒子の直投により発生する2次元粒子群の流動および堆積特性"水工学論文集. 第46巻. 1229-1234 (2002)
• [文献書誌] A.K.Jha, J.Akiyama, M.Ura: "Simulation of gravity currents by flux-difference splitting scheme"Annual Journal of Hydraulic Engineering. 第46巻. 1037-1042 (2002)
• [文献書誌] 斎賀 仁, 野中雅之, 秋山壽一郎: "混合粒子群の直投により発生する濁りの流動および堆積特性"平成13年度土木学会西部支部研究発表会講演概要集. 第2分冊. B-190-B-191 (2002)