鉛直柱体への自由表面衝撃問題に関する実験的及び 数値的研究

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鉛直柱体への自由表面衝撃問題に関する実験的及び 数値的研究

ニック, モハマド, イズアル, ビン, ニック, イブラヒム

https://doi.org/10.15017/1931957

出版情報：Kyushu University, 2017, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：

権利関係：

氏

名 ：

（ Nik Mohd Izual Bin Nik Ibrahim)

論 文 題 目 ：

Experimental and Numerical Study of Free Surface Flow Impact on a Vertical Cylinder

(鉛 直 柱 体 への自 由 表 面 衝 撃 問 題 に関 する実 験 的 及 び数 値 的 研 究 )

区

分 ：

論 文 内 容 の 要 旨

In co as ta l an d o c e an e n g in eerin g re se a rc h , vio l e n t wa ve -s tru ctu re in te ractio n is o n e o f th e i mp o rta n t p ro b le ms. T h is p ro b le m g en e ra ll y in vo lve s fre e su rfa c e f lo w i mp a c t p h e n o men a asso c iate d w ith a ve r y f a st i mp u l si ve fo rc e fo ll o we d b y a re la ti ve l y s m o o th var iatio n. S e vera l n u me r ic a l s i mu la t io n meth o d s h ave b e e n p ro p o se d fo r p re d ic tio n o f su c h imp a c t fo rc e in th e p a st d e c a d e s. E x p erime n tal stu d ie s h ave b e e n c a rrie d o u t in o rd e r to fin d th e in sig h ts o n th e o c cu rren ce s an d th e fe atu res o f th e wa ve i mp a c t e ve n t s a n d to p ro vid e b e n c h ma rk d a ta b a se fo r va l id a t io n o f n u mer ica l si mu la t io n s. To d e ve lo p mo re e ff ic ie n t n u me r ic a l me th o d s a n d t o o b ta in mo re re liab le ex p eri me n ta l d ata a re stil l a ttra c t in g g re a t a tte n t i o n fro m th e re se a rch e r s .

In th is stu d y, th e fre e su rfac e flo w i mp a c t p h e n o me n a h a ve b e e n stu d ie d in two p h ases.

Fi rst, a n e w a n d n o n -c o n ven tio n a l n u me r ic a l a p p ro a c h , th e lat tic e B o ltz man n me th o d ( LB M ) is a p p l ie d to so l ve th re e -d i men sio n al fre e su rf a c e flo ws i mp a c tin g o n stru ctu re s w ith co mp le x g eo me t r y. Imp o r ta n t n u me r ical fe a tu res a re in ve st ig a te d a n d fe a sib i li t y a n d e ff ic ie n c y o f th e LB M fo r su ch f ree su r face i mp act p ro b le m a r e d isc u sse d . S e c o n d , a p h ys ic a l e x p e r i men t i s c o n d u c te d o n d am-b rea k flo ws. T h e p re se n t e x p e ri me n t fo c u s se s o n th e p ro b le ms in c lu d in g th e e ffe ct o f th e g a te remo v in g , th ree -d i me n sio n a li t y o f th e fre e s u rfa c e flo w, a n d i mp ac t p ressu re mea su re me n t, wh ich are i mp o rta n t fo r th e p u rp o se o f va l id a t io n o f n u me ric a l me th o d s. In th e ex p e r i men t, a sq u are an d a c i r c u la r ve rt ic a l c yl in d e r a re p la c e d in f ro n t o f t h e d am to stu d y th e free su rface flo ws i mp actin g o n a stru c tu re w ith co mp lica ted g eo me tr y. Ma n y i mp ro ve men ts o n th e ex istin g e x p eri me n ta l se tu p h a ve b e e n ma d e . T h e e x p e rimen ta l measu re men ts h a ve b e en an a l yzed an d th e ir re lia b i li t y h a s b e e n d isc u sse d . C o mp a r iso n b e twe e n th e e x p eri me n t an d LB M simu la tio n h a s b e e n ma d e a n d th e pe rfo r ma n c e o f LB M fo r su c h fre e su rface f lo w i mp a ct p ro b le m h a s b e e n d isc u sse d .

T h e th e sis c o n sis ts o f t h e fo llo w in g c o n te n ts.

In ch ap te r 1 , b ack g ro u n d an d mo ti va tio n o f t h e p re se n t re se a rc h a re o u tlin e d . T h e wa ve

i mp act p h en o men o n is b rie fl y d esc r ib ed with a re vie w o f th e re la te d wo rk s in th e p a st. T h e

research es o n d am-b re ak ex p e rimen t d u rin g t h e p a st d e c a d e s a re als o re vie we d . It is fo u n d

th at th e emp h as is o f th e p ast re sea rch es h a s b e en g ive n to th e d a m-b re a k flo ws. Fo r th e la t tic e

B o ltzma n n meth o d , an e x ten si ve re v iew h a s b e e n c a rrie d o u t. S o me we ll d o c u me n te d LB M

mo d e l s th a t c a n b e u se d fo r f ree su rfa c e flo w si mu la tio n s a re d e sc ri b e d , su c h a s S h a n -C h en mo d e l, R o th ma n n -Kel le r mo d e l, fre e e n e rg y mo d e l, a n d sin g le p h a se mo d e l, e tc. .

In c h a p te r 2 , ma th e mat ical fo r mu la t io n fo r LB M a n d th e LB M fo r f re e su rfa c e flo ws a re in tro d u c e d . Two t yp es o f co ll isio n mo d e l, th e sin g le -re la x a t io n t i me (S RT ) mo d e l a n d th e mu lti -re la x a tio n t i me ( MRT ) mo d e l, a re p re se n te d . Imp le me n ta tio n o f in it ia l a n d b o u n d ar y c o n d itio n s a n d b o d y fo r ce mo d el in g are d e sc r ib e d .

C h ap ter 3 is a b o u t th e n ewl y p e r fo r me d d a m-b re a k e x p e rime n t. T h e e x p e ri me n ta l se tu p , tan k g e o me t rie s a n d d a ta acq u isitio n me th o d a r e d e sc rib e d in d eta il. T h e g a te s yste m h a s b e e n larg el y i mp ro ved . T h e n ew g ate d e sig n , th e i mp ro ve d g a te re le a se s ys te m, a n d th e resu lt o f re p eata b il it y tes t a re p r ese n ted . Two ve rt ic a l c yl in d e rs w ith c irc u la r a n d sq u a re c ro ss-se c tio n a re u se d in th e e x p e ri men t. T h e me a su re me n t re su l ts fo r fre e su rfa c e p ro fi le , wa v e p ro p a g a tio n sp e e d , d efo rma tio n o f free su rfa c e p ro file , a n d i mp a c t p re s su re s, a re o b ta in e d an d a n al yz ed . A h ig h -q u a l i t y d a tab ase is e s ta b l is h e d th a t c a n b e e a sil y u se d fo r va lid a t io n o f n u me r ic a l s i mu la tio n s.

C h a p te r 4 is fo r p rese n ta tio n o f th e n u mer ic al si mu la tio n s b y th e fre e su rfa c e LB M.

N u me ric a l s i mu la tio n i s ca rr ie d o u t o n th e c a se o f d a m-b re a k e x p e ri me n t. T h e n u me rica l re su lts a re c o mp a red with th e co r resp o n d e n t e x p e ri me n ta l me a su re me n ts. T h is is th e fir s t a tte mp t to s i mu la te f r ee su rfa ce f lo ws i mp a c tin g o n ve r tic a l c yl in d e rs b y u sin g LB M.

D isc u ssio n s o n th e p e rf o rman ce o f th e fre e su r fa c e LB M a re ma d e .

Fin a ll y, c o n clu s io n s are p ro vid ed in c h a p te r 5 .