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2017 年度 実績報告書

潮流発電のポイント選定を見据えたフィルタ理論FEMによる高精度流況推定技術の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K05786
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

倉橋 貴彦  長岡技術科学大学, 工学部, 准教授 (00467945)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードシミュレーション工学 / カルマンフィルタ / FEM / 潮流発電 / 状態推定
研究実績の概要

本研究では,潮流発電のポイント選定に対する流れ場の推定精度を向上させるために,カルマンフィルタFEMによる流れ場の推定解析に関する検討を行った.支配方程式としては浅水長波方程式を適用し,空間および時間方向に対する離散化には,ガラーキン法とセレクティブ・ランピング法を用いた.簡易な水路モデルの結果を踏まえて,実際の湾に対する計算モデルを用いて,流れ場の推定解析を行い,発電ポテンシャルの算定を行った.また,非線形項を含むシステム方程式に対する流れ場推定解析のため,アンサンブルカルマンフィルタFEMによる流れ場の推定解析も行った.検討においては,まず開水路モデルを用いたカルマンフィルタFEMによる流れ場推定の解析において,観測点配置に関する検討結果を示した.結果として,境界条件を設定しない場合,上流側の流れ場が適切に得られないことを確認できた.次に,東京湾のモデルを対象として,流れ場の推定解析を行い発電ポテンシャルの算定結果を示した.検討結果より,従来のFEMとカルマンフィルタFEMによる解析を行ったところ,カルマンフィルタFEMを用いることにより横須賀における観測点において,観測値と概ね一致する結果を確認できた.最後に非線形項を有するシステム方程式における検討として,アンサンブルカルマンフィルタを用いた流れ場の推定解析を行った.非線形の浅水長波方程式の空間および時間方向の離散化に対しては,SUPG法および後退差分法を適用した.アンサンブルカルマンフィルタでは初期条件を複数用意し解析を行う必要があり,初期条件の数(サンプル数)が流れ場の推定精度に与える影響について検討を行った.結果として,本検討におけるモデルではサンプル数が1000準備されていれば,おおむね真値に一致する結果が得られることを確認した.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Application of the ensemble Kalman filter FEM for estimation of flow field in shallow water regions2018

    • 著者名/発表者名
      T.Kurahashi, K.Saito and M.Nogami
    • 雑誌名

      JSIAM Letters

      巻: 10 ページ: 1-4

    • DOI

      https://doi.org/10.14495/jsiaml.10.5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Flow field estimation analysis based on the Kalman filter FEM for selection of tidal stream power generator locations2017

    • 著者名/発表者名
      T.Kurahashi, T.Yoshiara, Y.Kobayashi and N.Yamada
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Science and Technology(JSME)

      巻: 12 ページ: 1-10

    • DOI

      https://doi.org/10.1299/jfst.2017jfst0003

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] アンサンブルカルマンフィルタFEMによる浅水域の流れ場推定解析2018

    • 著者名/発表者名
      齋藤 浄,倉橋 貴彦
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部 第55期総会・講演会
  • [学会発表] 東京湾における潮流発電ポテンシャル算定に対するカルマンフィルタFEMの適用2017

    • 著者名/発表者名
      吉荒 太一,倉橋 貴彦,小林 泰秀,山田 昇
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部 第54期総会・講演会
  • [学会発表] 水位計測値を使用した流れ解析による潮流発電ポテンシャル分布の算定2017

    • 著者名/発表者名
      倉橋 貴彦
    • 学会等名
      ISLife
  • [学会発表] Optimal estimation of tidal flow based on Kalman filter FEM using time history of water elevation2017

    • 著者名/発表者名
      T.Kurahashi, T.Yoshiara, Y.Kobayashi and N.Yamada
    • 学会等名
      12th WCSMO
  • [学会発表] 浅水域における流れ場の推定に対するアンサンブルカルマンフィルタFEMの適用2017

    • 著者名/発表者名
      倉橋 貴彦,斎藤 浄,野上 雅人
    • 学会等名
      日本応用数理学会年会2017
  • [学会発表] アンサンブルカルマンフィルタFEMに基づく浅水域における流れ場の推定2017

    • 著者名/発表者名
      倉橋 貴彦,斎藤 浄,野上 雅人
    • 学会等名
      日本機械学会第30回計算力学講演会
  • [備考] Mathematical Design Lab. 論文 (technical paper)

    • URL

      http://mcweb.nagaokaut.ac.jp/~kurahashi/freeweb/publications.html

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公開日: 2018-12-17  

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