河川構造物周辺の三次元流況と局所洗掘予測のための非定常解析モデルの開発

开发用于预测三维流动条件和河流结构周围局部冲刷的非稳态分析模型

• 批准号: 12750467
• 负责人: 木村 一郎
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Yokkaichi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750467/
• 关键词: 数値解析; 河川構造物; 水制; 乱流モデル; CFD

水制,堰,橋脚等の河川構造物周辺では,非定常性の強い三次元的な流れ場が生じる.このような流れはしばしば局所洗掘を誘発し,構造物の安定性や河川環境に対して影響を及ぼすため,十分な検討が必要である.本研究は,乱流モデルとして非線形k-εモデルを用いた三次元数値解析手法をベースに,河川構造物周辺の流況と局所洗掘を予測するための実用モデルを構築するものである.本年度は,昨年度までに開発を行ったデカルト座標系における解析モデルを複雑な地形と水面振動に対応できるよう移動一般座標系に拡張するとともに,実際の河川構造物を想定した流れに対する適用を行った.さらに,流砂モデルを組み込み,河床変動の予測を可能おつるモデルへと拡張を行った.基礎方程式の一般座標への変換に当たっては,共変微分とクリストッフェル記号を用いた表記を採用し,保存性と安定性を考慮して完全スタガード格子上に変数を配置した.モデルの検証のため,矩形容器内の水面振動や段波等の単純な現象に適用し,再現性を検証したところ,比較的大きな水面変動を有する流れ場に対しても,十分な精度を有することを確認した.このモデルを斜め越流型水制周辺の流れ場に適用した結果,上流向き水制では底面付近に水制奥部へ向かう流れが生じること,下流向き水制ではその逆向きの流れが生じること等,従来の実験結果と定性的に適合する結果が得られた.また,水制先端部からの渦の発振やそれに伴う水面振動等の非定常現象についても再現可能であることを確認した.河床変動の再現性については定性的に良好であったが,洗掘深の実用的な予測のためにはさらにモデルの精度を高めることが必要といえる.

Water system, weir, bridge foot and other river structures around the edge, unsteady and strong three-dimensional flow field is generated. This paper discusses the influence of structure stability on river environment. In this study, the turbulent flow and non-linear k-ε flow are analyzed by three-dimensional numerical analysis method, and the prediction of flow condition and excavation of river structure is carried out. This year, the development of the river coordinate system, the analysis of the complex terrain and the water surface vibration, the movement of the general coordinate system, the actual river structure, the flow of the application. In addition, the flow sand is divided into two groups, and the prediction of river bed movement is possible. The general coordinates of the basic equation are changed when the differential equation is changed, and the differential equation is changed when the differential equation is changed when the differential equation is changed. The accuracy of the test results is very high. The accuracy of the test results is very high. The accuracy of the test results is high. The flow field around the water control system is applicable to the results of the upward flow to the water control system and the downward flow to the water control system. It is confirmed that unsteady phenomena such as vortex oscillation accompanied by water surface vibration may occur again at the tip of water system. Reproducibility of river bed movement is good for qualitative analysis, prediction is necessary for practical application.

项目成果

I.Kimura, T.Hosoda, K.Motoki: "Prediction of flow characteristics over a rib in open channels by empirical model and non-linear k-ε model"Flow Modeling and Turbulence Measurements. 8(in printing). (2002)

I.Kimura、T.Hosoda、K.Motoki：“通过经验模型和非线性 k-ε 模型预测明渠中的流动特性”流动建模和湍流测量 8（印刷中）。

I.Kimura & T.Hosoda: "Realizability Conditions for a Non-linear k-ε Model."Yokkaichi University Journal of Environmental and Information Sciences. Vol.4No.1. 63-75 (2000)

I.Kimura 和 T.Hosoda：“非线性 k-ε 模型的可实现性条件”。四日市大学环境与信息科学杂志第 4 卷第 63-75 期（2000 年）。

木村一郎, 福井愛: "木曽川下流域における水制群周辺の流れに関する数値シミュレーション"四日市大学環境情報論集. Vol.5. 171-184 (2002)

木村一郎，福井爱：“木曾河下游坝群周围水流的数值模拟”，四日市大学环境信息杂志，第 5 卷，171-184（2002 年）。

木村一郎,細田尚,元木光治: "簡易モデルおよび非線形k-εモデルによる桟型粗度近傍の流れ特性に関する検討"土木学会水工学論文集. 第45巻. 457-462 (2001)

Ichiro Kimura、Hisashi Hosoda、Mitsuharu Motoki：“使用简单模型和非线性 k-ε 模型研究横梁粗糙度附近的流动特性”，日本土木工程学会水利工程学报，第 45 卷，457-462（2001 年）。

木村一郎, 細田尚, 音田慎一郎: "完全スタガード移動一般曲線座標系における三次元開水路乱流シミュレータの開発"四日市大学環境情報論集. Vol.5. 145-170 (2002)

Ichiro Kimura、Takashi Hosoda、Shinichiro Onda：“完全交错移动一般曲线坐标系中的三维明渠湍流模拟器的开发”四日市大学环境信息杂志，第 5 卷，145-170（2002 年）。