報告書番号

U95015

タイトル（和文）

移動境界座標系を用いた局所洗掘現象の高精度解析手法の開発

タイトル（英文）

NUMERICAL PREDICTION METHOD FOR LOCAL SCOUR WITH 3D BODY-FITTED COORDINATES

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

温排水の水中放流による局所洗掘現象を予測するための数値解析手法を開発した。この解析手法では、ＡＬＥ法に基づいて、時間的に変形するための砂面に適合する３次元非直交曲線座標系を生成させながら、非定常の流体計算を進める。流体の運動方程式と乱流量の輸送方程式、浮遊砂濃度の輸送方程式は、写像空間上でＬａｇｒａｎｇｅスキームに基づいて離散化される。流体の基礎方程式中の移流項は３次精度、また拡散項等は、時間的・空間的に２次の精度で離散化されている。座標生成、基礎方程式中の主な微分量の算出、スタガード配置された変数の内挿計算等を行う際には、３次スプライン関数を利用することにより精度の向上をはかった。砂面の変形は、流体計算の結果から掃流砂量と浮遊砂量を計算し、砂の連続式を用いて計算される。３次元局所洗掘実験の数値解析を行い、実験結果との比較を行った結果、解析手法の妥当性が確認された。

概要 （英文）

A NUMERICAL PREDICTION METHOD FOR LOCAL SCOUR HAS BEEN DEVELOPED ON THE BASIS OF THE ARBITRARY LAGRANGIAN-EULERIAN (ALE) FORMULATION, IN WHICH THREE-DEMENSIONAL BODY-FITTED COORDINATES (3D BFC) ARE REGENERATED FOR MOVING BOUNDARIES INDEPENDENTLY OF THE FLUID MOTION. THE GOVERNING EQUATIONS, INCLUDING TRANSPORT EQUATIONS FOR TURBULENCE ENERGY, ITS DISSIPATION RATE AND SUSPENDED LOADS, ARE DISCRETIZED IN A LAGRANGIAN SCHEME, SO THAT THEY CAN HAVE SECOND-ORDER ACCURACYWITH RESPECT TO TIME AND SPACE. THE CONVECTION TERMS IN THE GOVERNING EQUATIONS ARE SOLVED WITH THIRD-ORDER UPWIND DIFFERENCE. CUBIC SPLINE INTERPOLATIONS ARE UTILIZED TO INCREASE THE NUMERICAL ACCURACY; THE GENERATION OF BODY-FITTED COORDINATES, INTERPOLATION OF PHYSICAL VALUES IN THE STAGGERED GRID ARRANGEMENT AND THE EVALUATION OF DERIVATIVES ARE ALL ACHIEVED WITH THE CUBIC SPLINE INTERPOLATIONS. THIS PREDICTION METHODWAS APPLIED TO THE RESULTS OF A THREE-DIMENSIONAL LOCAL SCOUR EXPERIMENT. AS A RESULT, THE LOCATION AND SAND LEVEL OF THE SCOURED AREA IS REASONABLY PREDICTED.

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