気液二相流を考慮した荒天時の安全性評価手法の構築

建立考虑气液两相流的暴风雨天气安全评价方法

基本信息

批准号：
16K18326
负责人：
河村昂軌
金额：
$ 2.66万
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 Young Scientists (B)
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-01 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16K18326/
关键词：
粒子法 MPS法 GPGPU 大規模計算 CFD 船舶工学船舶耐航性能水槽実験

项目摘要

荒天時のスラミングや甲板冠水といった強非線形問題を実用的に解く安全評価法を構築することを目標とし、粒子法を用いた数値計算手法を開発した。本研究では粒子法の一つであるMPS法を用い、計算速度の高速化のために圧力計算を陽解法で行っている。フリーメッシュで有る粒子法は相互関係の計算のため、高い計算負荷を持つが、GPGPUによる高速化、MPIによる多並列化、動的負荷分散、ソート処理によるメモリアクセスの高速化を行い、スーパーコンピューターTSUBAME2.5での計算を可能にすることで、実用可能な解像度と計算速度を実現した。実用化に向けた検証課題として造波境界、透過境界を開発し5000万粒子を超える漁船区画模型への海水打ち込みシミュレーションを行い、実験を定量的に再現できていることを確認した。また船体運動モデルを導入することで浮体の漂流計算が可能であることを確認した。安全性に関わる課題として損傷区画を有する車両甲板模型の強制動揺シミュレーションを行い、衝突や座礁によって出来た開口部から流体が流出、流入している様子が計算によって求められ区画にかかる流体力が高精度に求められることを確認した。二相流への拡張に関しては空気粒子を配置し、音速やタイムステップを変えることで、閉じ込められている空気の表現が可能であるか検証を行った。本研究の結果、打ち込みや甲板冠水を高精度に予測することが可能になり、また区画への浸水、流出などの激しい流れも高精度に予測することが可能になった。

为了创建一种安全评估方法，该方法实际上解决了强烈的非线性问题，例如在恶劣天气和甲板洪水中猛烈抨击，我们已经使用粒子方法开发了一种数值计算方法。在这项研究中，使用了MPS方法，一种粒子方法，并使用显式方法进行压力计算以提高计算速度。自由网格的粒子方法由于相互关系的计算而具有很高的计算负载，但是通过使用GPGPU提高速度，与MPI的多平行化，动态负载平衡，并通过分类加速内存访问，它可以通过SuperComputer Tsubame Tsubame 2.5，实现实用的实用分辨率和计算速度来计算。作为实践使用的验证挑战，我们开发了形成波浪的边界和传输边界，并将海水植入具有超过5000万个颗粒的渔船段模型进行了模拟，证实可以定量再现实验。还可以证实，通过引入船体运动模型，可以计算浮动体漂移。作为安全问题，我们对具有损坏的部分的车辆甲板模型进行了强迫摇动的模拟，并确认计算了碰撞或搁浅产生的开口流动流动，并且可以高精度确定应用于该部分的流体力。关于扩展到两相流中，放置空气颗粒，并更改声音和时间步长的速度，以验证是否有可能表达被捕获的空气。这项研究的结果是，已经有可能以高准确性来预测驾驶和甲板洪水，并以高准确性来预测诸如洪水和流出范围的暴力流程。