Lagrange型固液混相モデルによる砕波帯内の漂砂動力学の新展開

利用拉格朗日型固液多相模型研究波浪破碎带冲积动力学的新进展

• 批准号: 22KJ1825
• 负责人: 田崎 拓海
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1825/
• 关键词: 粒子法(MPS法); 個別要素法; 固液混相流; 砕波帯; 漂砂; 乱流解析

令和4年度では，(1)複数の固体粒子存在下の乱流モデルの検証と，(2)Lagrange型固液混相モデルによる砕波帯内の漂砂機構の検討の2つの課題に並行して取り組んだ．(1)について，固体粒子群の非定常沈降過程を対象に水理実験を行い，屈折率整合技術を併用することで沈降固体粒子群内部の間隙流速場データをPIVにより取得した．計測結果から直接計算した乱流応力項とモデル応力を比較すること(a priori testing)で，既存の2つの空間平均型の乱流モデル(Smagorinskyモデルと非線形モデル)を評価し，沈降粒子が誘起する乱流場において，非線形モデルが高い評価性能を有することを確認した．また，検証した乱流モデルを導入した高解像度のDEM-MPS法による3次元解析を実施した．データ同化に繋がる基礎的な検討を行い，Lagrange型固液混相乱流モデルの開発において進展があったといえる．(2)について，はじめに造波水槽に模擬した激しい底質輸送を伴う砕波帯における流速場のPIV計測を実施した．計測データとの比較を通して数値解析モデルを定量的に評価した後，乱れエネルギーの輸送方程式を用いて，砕波下で形成される渦内部の乱流構造と乱れエネルギー収支や，砕波による底質巻き上げ過程における流体-粒子間の相互作用力が乱れエネルギーに与える影響を検討した．また，多孔質体内の自由表面流の粒子法解析に適用されてきたモデルを導入し，波打ち帯の漂砂過程を解析した．以上の成果の一部は，国内学術誌や国内学会で公表しているほか，主要国際学術誌へ投稿しており査読中(令和5年4月1日現在)である．また，国際学会における発表が受理されている．

在2022财年，并行解决了两个问题：（1）在存在多个固体颗粒的情况下验证湍流模型，以及（2）使用Lagrange-type固体固体混合相模型检查破裂区内的冲积机制。关于（1），我们在固体颗粒的不稳定沉积过程上进行了液压实验，通过使用折射率匹配技术，我们使用PIV获得了固定固体粒子内的间隙流场数据的间隙。通过比较从测量结果直接计算的湍流应力项与模型应力（先验测试），我们评估了两个现有的空间平均湍流模型（Smagorinsky模型和非线性模型），并确认非线性模型在繁殖粒子引起的湍流中具有较高的评估性能。此外，我们使用高分辨率DEM-MPS方法进行了3D分析，该方法引入了经过验证的湍流模型。可以说，在Lagrange型固体混合相湍流模型的开发中已经取得了进步，该模型从根本上进行了以吸收数据。关于（2），我们首先通过强烈的沉积物传输对破裂区域的流场进行了PIV测量，并模拟了一个波浪形成水族馆。在通过与测量数据进行了定量评估数值分析模型之后，我们使用了湍流能量的传输方程来检查在破裂波下形成的涡流结构和湍流能量平衡，以及在沉积物绕组过程中流体粒子相互作用力在湍流能量上引起的沉积物缠绕过程中的影响。此外，引入了已应用于多孔体内自由表面流的粒子分析的模型，以分析波浪区的冲积过程。以上一些结果已在国内学术期刊和国内学术社会中发表，并已提交给主要的国际学术期刊，目前正在同行评审（截至2023年4月1日）。此外，在国际会议上的演讲也被接受。

项目成果

COMPUTAIONAL MECHANICS OF SWASH ZONE SEDIMENT TRANSPORT USING VOLUME-CONSERVED DEM-MPS COUPLED SCHEME

采用体积守恒 DEM-MPS 耦合方案的冲沙带沉积物输运计算力学

• DOI: 10.2208/kaigan.78.2_i_433
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B2 (Coastal Engineering)
• 作者: TAZAKI Takumi;HARADA Eiji;GOTOH Hitosh
• 通讯作者: GOTOH Hitosh