Development of pyroclastic surge flow model and elucidation of the damage toward human body in pyroclastic surge for planning effective disaster countermeasures

开发火山碎屑涌流模型并阐明火山碎屑涌对人体的损害，以制定有效的灾害对策

• 批准号: 22KJ1344
• 负责人: 殿山 俊吾
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 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 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1344/
• 关键词: 火砕サージ; 火砕流; LES; 粒子重力流; エントレイメント; 沈降速度

火砕流の中でも特に希薄な層である火砕サージを対象とし、三次元乱流モデルを開発した。近年発表された火砕流を対象としたベンチマーク問題を計算することで開発したモデルの検証を行った。既往研究では三次元性を考慮せず浅水流モデルなどでこの問題が解かれていたが、本研究では二次元に近い状態と三次元の両方で計算した。提唱するモデルはベンチマークを高精度で再現し、従来考えられていなかった流動における三次元性の影響について示すことに成功した。さらに、実際の計算において、一般に考えられているより大きな乱流の効果が必要であることを示唆した。上述の成果はBulletin of Volcanologyに投稿予定である。また、この結果を踏まえ流体―人体連成モデルの開発に着手した。以上の研究と同時に、火砕サージ内における粒子の挙動について、実験を行うこととした。火砕流を含む重力流では、周囲流体を取り込むエントレイメントという現象が流動において重要な役割を担っていると考えられている。特に火砕流のように内部における粒子の振舞いが支配的なものを粒子重力流と呼ぶが、粒子の振舞いに対し知見は少なく、そのモデル化も行われていない。そこで、水槽内を水で満たし、水槽に粒子と染料の混合物を流すことで粒子重力流の流動過程について、解析を進めた。粒子としてシリコンカーバイトを用意し、六種類の粒径で上述の実験を行った。体積の増加が沈降速度により支配されることを示し、一般的なboxモデルと異なり沈降とエントレイメントを考慮した新たなモデルは、体積と先端部の位置を良好に再現した。上述の内容はJournal of Fluid Mechanicsに投稿予定である。

开发了三维湍流模型，瞄准了火山碎屑浪涌，这是火山碎屑流中特别薄的层。我们已经通过计算最近宣布的火山碎屑流的基准问题来验证开发的模型。先前的研究已经使用浅水流模型解决了这个问题，而无需考虑3D特性，但是在这项研究中，在状态下进行了接近二维和三个维度的计算。提出的模型以高精度重现了基准，并成功地显示了三维对流动的影响，该流动性以前是不合时间的。此外，它表明，在实际计算中，比通常认为的需要更大的湍流效应。以上结果将发布在火山学公告中。基于这些结果，我们还开始开发流体人类物理耦合模型。在上述研究的同时，我们决定对颗粒中颗粒的行为进行实验。在重力流中，包括火山碎屑流，融合环境流体的夹带现象被认为在流动中起着重要作用。特别是，例如火山碎屑流，即主导内部颗粒的颗粒的行为，称为粒子重力流，但对颗粒的行为几乎没有知识，并且尚未进行其建模。因此，水族馆充满了水，将颗粒和染料的混合物倒入水族馆中，以分析颗粒重力流的流动过程。制备碳化硅作为颗粒制备，并用六种不同的粒径进行上述实验。它表明，体积的增加主要由沉降速度支配，并且与一般框模型不同，新模型考虑了沉积和夹带，可以很好地重现体积和尖端位置。以上信息将发布在《流体力学杂志》中。

项目成果

Entrainment and sedimentation in particle driven gravity currents

粒子驱动重力流中的夹带和沉积

• 发表时间: 2023
• 作者: Takumi Yamamoto;Daisuke Aoki;Hideyuki Otsuka;Shungo Tonoyama & Andy Woods
• 通讯作者: Shungo Tonoyama & Andy Woods

Numerical simulation of air entrainment by three dimensional pyroclastic surge flow model

三维火山碎屑涌流模型卷气数值模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Takumi Yamamoto;Daisuke Aoki;Hideyuki Otsuka;Shungo Tonoyama & Andy Woods;西島光洋・中田和秀;西島光洋・中田和秀;西島光洋・中田和秀;Shungo Tonoyama & Takashi Nakamura
• 通讯作者: Shungo Tonoyama & Takashi Nakamura