報告書番号

U98018

タイトル（和文）

マルチブロック・並列計算による３次元流体解析法の開発 -複雑形状水路内の底質巻き上げ範囲の数値解析-

タイトル（英文）

Multiblock-parallel computation of 3D flows and their effects on a mud bedin a complicated-shaped intake channel

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

複雑な形状の発電所取水路内に堆積した底質の巻き上げ範囲を評価するための数値水理設計法を提案し、これを実際の発電所取水路底質へ適用した。 発電所取水路内で底質をサンプリングし、土質試験を行うことにより、この底質が既往研究で確認されたのと同一の一般的な土質特性を有することを確認した。次に、採取された資料を実験水路に設置し巻き上げ限界の実験式を導いた。その結果、巻き上げ限界の実験式と流送限界がよく一致するという事実が確認された。 実物形状を想定した取水路内の３次元流動現象とそれによって生ずる底面掃流力を算定するため、領域分割・並列流体計算手法の改良を行い、巻き上げ限界算定式を導入した。 得られた評価手法を発電所取水路へ適用した結果、取水路内の流動現象に対しても本計算手法が有効であることが確認できた。さらに、底質表面に作用する掃流力を算定し、底質の含水比ごとに巻き上げが生じ得る領域を特定することができた。

概要 （英文）

This paper deals with the prediction method for three-dimensional turbulent flows in a complicated-shaped water channel and for the resulting resuspension of mud which is accumulated in its bottom area. In order to investigate resuspension process of mud, the bed material in an intake-channel is actually sampled in a power station. On the basis of the flow curves obtained from its shear tests, the critical values proposed in the past study, limits of mud particle movement and of bed destruction, are evaluated. In addition, hydraulics experiments are carried out in an open channel to specify the limit of resuspension of the sampled material. As a result of flow visualization and measurements of turbidity, the critical friction velocities are obtained for a wide range of moisture ratio of the material. It is finally found that this empirical formulation agrees well with the limit of mud particle movements obtained from the flow curves. On the basis of our multiblock-parallel computation technique, three-dimensional flows in the complicated-shaped intake-channel and the resulting friction velocities on the bottom surface are numerically predicted. Since the geometry of the boundaries is not simple, the computational domain is decomposed into multiple blocks and the computation of fluid dynamics in each block proceeds independently utilizing the workstation network as a parallel computer based on MPI (Message-Passing Interface). From the comparison with the limit of mud particle movements for each moisture ratio, this multiblock-parallel computation allows us to evaluate the maps which show the area where resuspension is possibly caused by the flows.

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