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発電所の温排水拡散予測/海岸変形予測/海洋の水質予測

海洋・河川等の環境問題への取り組み

■環境問題
  • 温排水の拡散計算(発電所の新・増設の際の環境アセスメントなど)
  • その他各種物質の拡散問題(海洋,河川など)
  • 内湾の生態系のシミュレーション
  • 海浜変形予測モデル
■その他の問題
  • 機械内流れの解析
  • 循環流れの解析(温室,クリーン・ルームなど)
■解析プログラムの特徴

当社保有の流体解析関連プログラム群は、ほぼすべてが自社開発されたものであり、基本的には差分法に基づく解析プログラムです。また解析理論だけでなく、プログラムソースについても熟知しており、お客様のご要望や必要に応じて機能追加を行うことができます。特徴については以下の通りです。

  • 海洋における解析では、潮汐流,恒流,海浜流,河川からの淡水流入,発電所等からの温排水/冷排水の放水/取水,風,大気との熱交換などの外的要因と海域の水温・塩分分布から求められる密度分布による内部循環の両方を考慮しながら計算を行います。この際、流速,水位,圧力,水温,塩分などを連成しながら計算することができます。
  • 生態系シミュレーションや濁り解析では、すでに求めた流動場に基づいて非定常計算を行います。生態系シミュレーションでは植物プランクトン,動物プランクトン,窒素,リン,溶存酸素などを連成しながら計算し、濁り解析では濁り物質の粒径ごとにスキャベンジングや沈降速度を考慮した計算ができます。
  • 海浜変形予測モデルでは、波浪解析,海浜流解析,海岸線変形解析,海浜変形解析が実施できます。
  • 流動/拡散解析プログラムは、おおまかには2次元解析(平面2次元,鉛直2次元など)/3次元解析(準3次元,正3次元,POMなど)の2種類があり、2次元解析では定常/非定常解析ができます。また3次元解析では乱流モデルとして、一般的なk-εモデルやPOMなどで用いられている2.5方程式モデルなどを使用できます。
  • 上流化手法としては3次精度風上差分はもちろん、各種の上流化手法を導入できます。
■コンピュータ・グラフィクスを用いた流れの可視化について

2次元のベクトル図およびコンター図はもちろん、コンピュータ・グラフィクス技法(Z-バッファ法、レイトレーシングなど)を用いた3次元アニメーションなどの製作も行っております。

■Princeton Ocean Model(POM)の東京湾潮流計算への適用

3次元海洋モデルPrinceton Ocean Model(POM)を当社において様々な海域に適用可能となるようにコードはじめから作り直しました。 このプログラムを用いて東京湾の4潮時の流動予測を行いました。計算条件は以下の通りです。

  • 計算条件
    • グリッドサイズ・・・・・水平方向 1000m×1000m, 鉛直方向 各地点で11分割(鉛直方向講師幅: 0.048-12.5m)
    • 潮汐流・・・・・・・・・・・M2潮のみ考慮.(振幅37cm,周期12時間)
    • 渦動粘性係数・・・・・50m2/s(水平)10-3m2/s(鉛直)
    • 渦動拡散係数・・・・・10m2/s(水平)10-4m2/s(鉛直)
    • 計算時間・・・・・・・・・240時間(約10周期)
    • 時間刻み(△t) ・・・・・4sec(external),120sec(internal)

    河川は東京湾に流れ込む15の1級,2級河川を考慮する。流量,塩分温度は夏季の値を用いる。

  • 計算結果
    海表面における潮汐流動分布図 水深17.5mにおける潮汐流動分布図
    海表面における潮汐流動分布図 水深17.5mにおける潮汐流動分布図
■海浜変形予測モデルのシステム構成

海浜変形予測モデルのシステム構成

  • 波浪解析

    エネルギー平衡方程式による不規則多方向の波浪解析

    入射波浪はBretschneider光易型周波数スペクトルと光易型方向関数、砕波指標は合田(1970)を用いた。

    出力結果(波高,周期,波向,波速,群速度)は規則波近似

  • 海浜流解析

    波浪計算結果から流速分布を求める(海岸線境界はwave-setupによる水位上昇も考慮可)。

    渦動粘性係数は、Longuet-Hinggins(1970)の評価法にも対応。

    海底摩擦は、西村(1982)による近似,田中(1990)による波・流れ共存場を選択可能

  • 海岸線変形解析(1-lineモデル)

    波浪計算結果から小笹・Bramptonの沿岸漂砂量式を用い海岸線の変化を求める。

    境界条件は、固定境界,自由境界(開境界),閉境界を設定。

  • 海浜変形解析(渡辺モデル)

    底質の質量保存則(漂砂量の連続式)により水深変化(底面高)を求める。

    漂砂量は流れによる漂砂量と波による漂砂量の和と考える。

    波による漂砂量は、渡辺(1984)による方法と清水(1996)による方法(掃流・浮遊・シートフローで移動方向が変わる)を選択可能。

    底面摩擦応力は田中(1990)による波・流れ共存場の摩擦則を用いた。

  • 波浪分布図 海浜流分布図 水深変化

    渡辺晃ら(1984):構造物設置に伴う三次元海浜変形の数値予測モデル,第31回海岸工学講演会論文集,P406~410による離岸堤の例題を本解析モデルで再現した結果です.

    波浪分布図 海浜流分布図 水深図
    波浪分布図 海浜流分布図 水深図
■その他 開発・シミュレーション環境構築サービスなど

上記の環境問題の受託解析以外にも以下のような開発・サービスなどを行っております。ご気楽にお問い合わせ下さい。

  • 科学技術計算一般に関わる開発や移植、機能追加など
    プラットホームはPCやEWSからスーパーコンピュータまで承ります。一般の科学技術計算プログラムや可視化プログラムの開発や移植、既存プログラムのプラットホーム変更に伴う移植やチューンナップ(速度向上)なども、ぜひご相談下さい。
  • EWS, PC等による計算サーバなどの導入・管理等
    EWSの導入と計算サーバ構築や、PC + Linuxの組合せによる計算サーバ構築、管理なども承ります。
  • 計算サーバの運用等
    計算サーバの運用や、プログラム相談などを行います。サーバはEWSからスーパーコンピュータまで対応します。