報告書番号

N06027

タイトル（和文）

流体粘性・乱流を考慮したタンク内液体スロッシング解析コードSMART-slgの開発

タイトル（英文）

Development of a sloshing simulation code SMART-slg for turbulent motion of viscous fluid in a tank

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

局所ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)法と仮想液面Lagrangian法を組み合わせて、Navier-Stokes方程式に基づくスロッシング解析コードSMART-slgを開発した。このコードでは、流体粘性とLES(Large-eddy simulation)モデルに基づく乱流を考慮することができ、また、効率的に実用的な計算を行うために、計算負荷が大きいALE法を液面近傍のみに適用する工夫がなされている。スロッシング解析機能の妥当性を評価するために、自由液面を有する矩形水槽を用いた既往実験問題を解析したところ、SMART-slgを用いた解析結果は実験値と良く一致することが示され、大振幅の液面振動を精度良く評価できることを確認した。また、実用問題への適用性を評価するため、2003年十勝沖地震波を外力とした仮想的な実規模石油タンク内のスロッシング解析を行った。この解析で得られた液面変動のスペクトル分析から、壁面液位のパワースペクトルが最大となる周波数は非対称１次モード（m=1,n=1）に対応するものであり、次に大きいピークの周波数は非対称２次モード（m=1,n=2）と非対称１次モードの倍周波数に対応することが判明した。

概要 （英文）

A sloshing simulation code, named as SMART-slg, has been developed using an ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) method and a pseudo free-surface Lagrangian method. Because the basic equations are incompressible Navier-Stokes equations with an LES (Large-eddy simulation) model, fluid viscosity and turbulence can be taken into account in the simulation. For an efficient computation of practical problems, a domain of ALE mesh deformation is locally restricted to the vicinity of free surface in order to reduce RAM-memory and CPU-time requirements. To evaluate the validity of the developed code, a previous experiment for a large-amplitude sloshing in a rectangular tank (T. Okamoto, M. Kawahara,1990) has been analyzed with the SMART-slg code. The numerical results have turned out very agreeable with the experimental measurement in terms of the temporal variation of wave height. Furthermore, to show the applicability to a practical problem, sloshing of oil reserve in an actual-scale cylindrical tank of about 20 [m] radius and height has been simulated using a seismogram of 2003 Tokachi-oki Earthquake as base excitation. The results have indicated that the maximum wave height could amount to 4 [m], and the spectrum analysis has shown that the predominant modes are the asymmetric 1st mode accompanied by both the asymmetric 2nd mode and nonlinear effect of the asymmetric 1st mode with multiplied fundamental frequency.

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