Lagrange型固液混相モデルによる砕波帯内の漂砂動力学の新展開

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令和4年度では，(1)複数の固体粒子存在下の乱流モデルの検証と，(2)Lagrange型固液混相モデルによる砕波帯内の漂砂機構の検討の2つの課題に並行して取り組んだ．(1)について，固体粒子群の非定常沈降過程を対象に水理実験を行い，屈折率整合技術を併用することで沈降固体粒子群内部の間隙流速場データをPIVにより取得した．計測結果から直接計算した乱流応力項とモデル応力を比較すること(a priori testing)で，既存の2つの空間平均型の乱流モデル(Smagorinskyモデルと非線形モデル)を評価し，沈降粒子が誘起する乱流場において，非線形モデルが高い評価性能を有することを確認した．また，検証した乱流モデルを導入した高解像度のDEM-MPS法による3次元解析を実施した．データ同化に繋がる基礎的な検討を行い，Lagrange型固液混相乱流モデルの開発において進展があったといえる．(2)について，はじめに造波水槽に模擬した激しい底質輸送を伴う砕波帯における流速場のPIV計測を実施した．計測データとの比較を通して数値解析モデルを定量的に評価した後，乱れエネルギーの輸送方程式を用いて，砕波下で形成される渦内部の乱流構造と乱れエネルギー収支や，砕波による底質巻き上げ過程における流体-粒子間の相互作用力が乱れエネルギーに与える影響を検討した．また，多孔質体内の自由表面流の粒子法解析に適用されてきたモデルを導入し，波打ち帯の漂砂過程を解析した．以上の成果の一部は，国内学術誌や国内学会で公表しているほか，主要国際学術誌へ投稿しており査読中(令和5年4月1日現在)である．また，国際学会における発表が受理されている．