Study on scale effect of impulsive breaking wave force for numerical simulation

冲击破波力尺度效应数值模拟研究

• 批准号: 21K14256
• 负责人: 鶴田 修己
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14256/
• 关键词: 粒子法; 混合粒径; 異相界面; 解像度可変; 圧力改善; 安定化スキーム; 水表面境界条件モデル; 砕波; 衝撃砕波力; 数値波動水槽; 水理模型実験

令和4年度は，非定常流をより高精度に解くため，前年度に開発した斥力型の安定化スキームに対して，信頼性の高い既存の粒子再配列スキームを組み合わせ，計算安定性及び精度の向上を図った．開発スキームは，重複粒子のみを対象に粒子ペア毎で粒子間距離を個別に調整する手法であるが，ここではスキーム間での機能の重複を回避すべく，近傍粒子配列の偏りを包括的に調整するParticle Shifting techniqueを追加スキームとして採用し，各スキームの機能が補完し合うように取り計らった．ベンチマークテストでは，各スキーム単体での使用時と比較してより高精度な計算結果が得られ，スキーム間の高い適合性・相乗効果を確認した．次に，衝撃波力の再現に求められる高解像度計算を実現すべく，流れ場に応じて高解像度粒子の追随・維持が可能な混合粒径モデルを新たに開発した．従来，粒子法では計算安定性のために計算粒子径を均一にすることが一般的であったが，近年においては，粒径ごとに離散化空間を分離・重複させて重合格子法に似た形で解像度可変計算を実現する手法が幾つか開発されている．しかし，離散化空間の転移・変形は容易でなく，必要解像度が局所的に時々刻々と変化する衝撃圧や砕波などに対しては，計算効率の維持が難しい．そこで本研究では，粒子間の微分演算モデルに対して粒子体積を考慮しつつ改良を施し，同一離散化空間で流れに応じて高解像度粒子を局所的かつ動的に維持させることが可能な完全Lagrange型の混合粒径モデルを開発した．さらに，砕波下の衝撃波力に対して本モデルを適用し，複雑流に対しても安定的に計算効率が維持させられることを確認した．また，二相流での異相界面にも本モデルを適用し，変形する異相界面に追随する形で任意の粒径（解像度）を維持しつつ安定的に計算ができることを確認した．

Make annual は and 4, unsteady flow を よ り high-precision に solution く た め, former annual に open 発 し た repulsion type の stabilization ス キ ー ム に し seaborne て, letter 頼 の high い existing の particles with column ス キ ー ム を group み close わ せ, calculation stability and precision of び の upward を 図 っ た. Open 発 ス キ ー ム は, repeat particle の み を like に particle seaborne ペ ア their で を に individually adjust the distance between particles す る gimmick で あ る が, こ こ で は ス キ ー ム between で の function の repeat を avoid す べ く, Nearly alongside particles with slant column の り を including に adjust す る Particle Shifting technique を additional ス キ ー ム と し て USES し, each ス キ ー ム の function が fill out し close う よ う に take り meter ら っ た. ベ ン チ マ ー ク テ ス ト で は, each ス キ ー ム 単 body で の と comparison when using し て よ り high-precision な computing results ら が れ, ス キ ー ム の between high い suitability, phase 乗 unseen fruit を confirm し た. に, strong shock wave の reappearance に o め ら れ る high resolution calculation を be presently す べ く, れ field に 応 じ て high resolution particle の follow, may maintain が な mixed size モ デ ル を new た に open 発 し た. 従, particle method で は calculation stability の た め に computing を に uniform particle size す る こ と が general で あ っ た が, recent に お い て は, particle size ご と に を discretization space separation, repeat さ せ て に overlapping grid method in calculating the shape で resolutions can be - like た を be presently す る gimmick が several つ か open 発 さ れ て い る. の し か し, discretization space planning · - shape は easy で な く, necessary resolutions が bureau of に 々 carved 々 と variations change す る blunt shock 圧 や 砕 wave な ど に し seaborne て は, calculate working rate の maintain が difficult し い. そ こ で this study で は, between particles の differential calculus モ デ ル に し seaborne て particle volume を consider し つ つ improved を し, same space discretization で flow れ に 応 じ て high resolution particles を bureau か つ move に maintain さ せ る こ と が may な though laser type の completely mixed size モ デ ル を open 発 し た. さ ら に, 砕 の under the wave impact shock wave force に し seaborne て this モ デ ル を applicable し, complex 雑 flow に し seaborne て も が maintain stable に computing services rate さ せ ら れ る こ と を confirm し た. ま た, two phase flow で の interphase interface に も this モ デ ル を applicable し, - shaped す る interphase interface に follow す る arbitrary shape で の particle size (resolution) を maintaining し つ つ stable に computing が で き る こ と を confirm し た.

项目成果

Development of an improved free-surface boundary model for ISPH simulation

开发用于 ISPH 模拟的改进自由表面边界模型

• 发表时间: 2021
• 作者: Tsuruta;N.;Khayyer A. and Gotoh;H.
• 通讯作者: H.

Modified Dynamic Stabilization scheme for ISPH simulations

ISPH 模拟的改进动态稳定方案

• 发表时间: 2022
• 作者: Tsuruta;N.;Khayyer A. and Gotoh;H.
• 通讯作者: H.

University of Cambridge(英国)

剑桥大学（英国）