多方向波群において破波を伴い発達する海洋巨大波の実態解明と新たな破波指標の確立

阐明多向波群中波浪破碎发展的海洋巨浪的实际状态并建立新的波浪破碎指数

• 批准号: 22K14429
• 负责人: 金平 大河
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14429/
• 关键词: 砕波; 多方向波浪場; 粒子法; 数値シミュレーション; 海洋巨大波; SPH法; 多方向波; 破波指標

船舶が頻繁に往来する沖合は，沿岸域に比べ再生可能エネルギ賦存量の多い海域で，人類の欠かせない経済活動の場である．これら経済活動のさらなる発展には，最大の自然外力を与える海洋巨大波 の実態解明が不可欠であるが，その突発性故，海洋巨大波に対する合理的な設計外力や指針は十分に確立されておらず，人命にかかわる海難事故は後を絶たない．また，しばしば多方向波群となる沖合で発生する巨大波の幾何学的情報・破波現象は，海洋巨大波の形成過程に密接な関係があり，破波指標など従来の沿岸域 (1方向波群) において構築されてきた学術体系の適用は困難である.このような社会的・学術的背景の下，本課題では，粒子法を用いた円形型数値水槽を用い，(1) 海洋巨大波の発達と破波現象の関連性解明，(2) 鉛直方向破波が生じる各種波浪条件を明確化，(3) 液滴飛散現象を含む破波現象に対し鉛直方向破波指標の確立を目的としている．鉛直方向破波時の流体物理量を実験的に取得するとともに，空間波形・破波時の流体加速度など, 実験では取得困難な物理量を数値流体力学的に取得可能にし，船舶海洋工学，海洋物理学など様々な分野に適用可能な新たな学術体系を確立することを目的としている．本年度は空間波形・破波時の流体加速度など, 実験では取得困難な物理量を数値流体力学的に取得可能にするため，①広領域の波の伝播を高速に解く手法と②波が砕波する狭領域を高精度に解く手法のカップリングの開発に取り組んだ．また，多方向波浪場において巨大波を生成し，砕波時の幾何学的情報など，数値モデルの精度検証に適用可能な実験データを取得した．

近海地区船舶频繁往来，可再生能源量高于沿海地区，是人类经济活动的重要场所。为了这些经济活动的进一步发展，有必要明确海洋巨浪发挥最大自然外力的实际状态，但由于其突发性，海洋巨浪的合理设计外力和指南尚未得到充分的认识。涉及人类生命的海上事故层出不穷。此外，近海巨浪的几何信息和破浪现象往往形成多向波群，与海洋巨浪的形成过程密切相关，目前已建立的学术体系很难应用。在这些社会和学术背景下，在本项目中，我们将使用粒子法的圆形数值水族馆来（1）阐明波浪发展与波浪破碎现象之间的关系，（2）目标是阐明引起垂直波破碎的各种波浪条件，以及（3）建立包括液滴散射现象在内的波破碎现象的垂直波破碎指数。除了通过实验获得垂直波浪破碎过程中的流体物理量外，还可以利用计算流体动力学获得实验难以获得的物理量，例如波浪破碎过程中的空间波形和流体加速度，并且在船舶海洋中很有用其目标是建立一个可以应用于各个领域的新的学术体系，例如工程和海洋物理。今年，为了使获得实验上难以获得的物理量成为可能，例如空间波形和波浪破碎过程中的流体加速度，利用计算流体动力学，我们将开发（1）一种快速求解波传播的方法（2）解决波在狭窄区域传播问题的方法 我们致力于开发一种高精度求解区域的耦合方法。我们还在多向波场中产生了巨浪，并获得了可用于验证数值模型准确性的实验数据，例如波浪破碎时的几何信息。

项目成果

The effects of smoothing length on the onset of wave breaking in smoothed particle hydrodynamics (SPH) simulations of highly directionally spread waves

• DOI: 10.1007/s40571-022-00463-z
• 发表时间: 2022-02
• 期刊: Computational Particle Mechanics
• 影响因子: 3.3
• 作者: Taiga Kanehira;M. L. McAllister;S. Draycott;T. Nakashima;D. Ingram;T. S. van den Bremer;Hidemi Mutsuda

University of Edinburgh/University of Manchester/University of Oxford(英国)

爱丁堡大学/曼彻斯特大学/牛津大学（英国）