Innovation of particle method for solid-liquid multiphase flow model by introducing SPS mass transport model

点击翻译按钮获取中文摘要

混相流と粒状体の力学に基づく計算力学は，相似率の制約による移動床水理実験の限界を突破するための切り札であり，災害のメカニズムを深く理解するための鍵でもある．現在では連続相を粒子法で，分散相を個別要素法で扱う連成解析が行えるようになったが，実際の分散相は巨礫から微細土砂まで幅広いスケールに及ぶので，計算機の演算性能の制約から未だに微細土砂の影響を無視した解析を実施せざるを得ない．本研究では，現行の計算機の性能の制約下でも，微細土砂の影響を合理的に力学モデルに取り込めるSPS質量輸送モデルを開発し，微細土砂を高濃度に含む流れにおける構造物の被災メカニズムを計算力学の面から明らかにする．本研究では，計算モデルの構築に関して3つのフェイズを想定した．第1フェイズはスカラー量の拡散係数を与える等方的拡散モデルの構築，第2フェイズは粒子法による拡散テンソルの異方性を評価できる乱流モデルの開発である．第3フェイズは幅広い粒径スケールに対応するための分散相モデルの高度化である．初年度は，第1フェイズ，すなわち等方的拡散モデルの構築を完了し，いくつかのベンチマーク問題に適用した．本年度は，初年度に第2フェイズの準備として着手していた固定壁面近傍の計算点を高密度に配置するための粒子法の改良に関する検討を深め，第3フェイズ，すなわち高負荷が予想されるカップリングモデルで固体粒子群の計算効率を上げるための準備として，個別要素法の陰解法化を完了した．実験面では，固液混相乱流の数値モデルの検証のために必要な装置として初年度に導入したPIVシステムを用いて，水中に投入された透明粒子群の間隙流体の流速計測を本格化させ，沈降する粒子群が誘起する乱流の計測を行った．得られた成果，すなわち新たな計算技術や実験データに関しては，本報告書の項目10に記載の国際学術誌・学会発表等で公表した．