円筒タンクのスロッシング解析

概要

流体解析ソフト Advance/FrontFlow/red の混相流解析オプションAdvance/FrontFlow/MPを用いた、地震波による円筒タンクのスロッシング解析の例をご紹介します。1968年十勝沖地震の八戸港湾での強震記録[1]を2倍にした地震波をX,Y,Z方向に同時入力し、内径4m×高さ4mの円筒タンク内の液体挙動、波高分布、最大波高と最小波高の時間変化、天板における最大圧力の時間変化を解析しました。　

参考文献

[1] 翠川三郎，三浦弘之：1968年十勝沖地震の八戸港湾での強震記録の再数値化,日本地震工学会論文集, 第10巻, 第2号, pp.12-21, 2010.

解析条件およびモデル構造

内径 4.0m × 高さ 4.0m の円筒タンク（図１～３参照）内に、初期高さ 3.0m まで軽油（液体）を満たし、その上部 1.0m 空間を空気（気体）としてモデル化します。気体の動的連行や壁面空気抜き挙動を正しく捉えるため、空気相の流速場も一体で解法します。

解析条件を表１にまとめています。

表１　解析条件

入力波を、図４に示します。

解析結果

解析結果より、タンク内の液体挙動の動画ファイルを弊社Youtubeのサイトよりご覧いただけます。

図５　タンク内の液体挙動

同様に、タンク内の波高分布も動画ファイルでご確認いただけます。

図６　波高分布

次に、最大波高と最小波高の時間変化を図７にグラフでまとめています。

続いて、天板における最大圧力の時間変化を図８にまとめています。

本解析でわかったこと

実測値はありませんが、地震波による円筒タンク内の液体挙動、波高分布、最大波高と最小波高の時間変化、天板における最大圧力の時間変化は定性的に妥当に解析できているものと考えられます。