(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面部を有する流路を流れる流体の解析を行うために、ハードウェア上において実行される流体解析プログラムであって、
複数のパネルによって前記流路を模擬した流路パネルデータを生成する流路パネル生成ステップと、
前記流路に流入する一様流の流れベクトルを取得する一様流取得ステップと、
生成した前記流路パネルデータと取得した前記一様流の流れベクトルとに基づいて、流体解析を実行する流体解析ステップと、を備え、
前記流路パネル生成ステップは、
前記平面部以外の前記流路を模擬した主パネルデータを生成する主パネル生成ステップと、
前記平面部を挟んで前記主パネルデータの面対称となる第１鏡像パネルデータを生成する第１鏡像パネル生成ステップと、を有し、
前記流体解析ステップは、
前記主パネルデータ、前記第１鏡像パネルデータおよび前記一様流の流れベクトルに基づいて、前記主パネルデータの前記各パネルに設定される主湧き出し強さを導出すると共に、前記主湧き出し強さを与えて、前記主湧き出し強さと同じ強さとなる前記第１鏡像パネルデータの第１湧き出し強さを導出する導出ステップを有することを特徴とする流体解析プログラム。
【請求項２】
前記平面部は、前記流路の上面部であり、前記平面部以外は、前記流路の底面部であり、前記底面部は、流入を一様とするための平坦部を有しており、
前記流路パネル生成ステップは、
前記平坦部を除く前記底面部を模擬した前記主パネルデータを生成する前記主パネル生成ステップと、
前記上面部を挟んで前記主パネルデータの面対称となる第１鏡像パネルデータを生成する前記第１鏡像パネル生成ステップと、
前記平坦部を挟んで前記主パネルデータの面対称となる第２鏡像パネルデータを生成する第２鏡像パネル生成ステップと、
前記上面部を挟んで前記第２鏡像パネルデータの面対称となる第３鏡像パネルデータを生成する第３鏡像パネル生成ステップと、を有し、
前記流体解析ステップは、
前記主パネルデータ、前記第１鏡像パネルデータ、前記第２鏡像パネルデータ、前記第３鏡像パネルデータおよび前記一様流の流れベクトルに基づいて、前記主パネルデータの前記各パネルに設定される主湧き出し強さを導出すると共に、前記主湧き出し強さを与えて、前記主湧き出し強さと同じ強さとなる前記第１鏡像パネルデータ、前記第２鏡像パネルデータおよび前記第３鏡像パネルデータの各パネルに設定される第１湧き出し強さ、第２湧き出し強さおよび第３湧き出し強さを導出する前記導出ステップを有することを特徴とする請求項１に記載の流体解析プログラム。
【請求項３】
前記一様流取得ステップでは、予め設定された第１代表点において、前記流路に流入する前記一様流の流れベクトルを、外部の流体予測システムから取得していることを特徴とする請求項１または２に記載の流体解析プログラム。
【請求項４】
解析対象となる前記流体は、外洋の海流である外洋流と内湾の海流である内湾流とを含む海流であり、前記流路は外洋であり、前記流体解析ステップでは、前記外洋流の流体解析を行っており、
前記流体解析ステップにおいて解析された前記外洋流の解析結果に基づいて、前記内湾流を解析するにあたり、
前記外洋流の解析結果から、前記外洋と前記内湾とを接続する内湾入口の流れベクトルを抽出する第１内湾入口ベクトル抽出ステップと、
前記内湾を模擬した内湾地形データを生成する内湾地形生成ステップと、
前記内湾入口における潮位を取得する潮位取得ステップと、
前記潮位に応じた前記内湾内部の流れベクトルを取得する内湾内部ベクトル取得ステップと、
生成した前記内湾地形データと、抽出した前記内湾入口の流れベクトルと、取得した前記内湾入口における潮位と、取得した前記内湾内部の流れベクトルとに基づいて、前記内湾流の流体解析を行う内湾流解析ステップと、を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流体解析プログラム。
【請求項５】
前記内湾流解析ステップにおいて解析された前記内湾流の解析結果から、前記内湾入口の流れベクトルを抽出する第２内湾入口ベクトル抽出ステップと、
前記外洋に予め設定された第２代表点における前記外洋流の流れベクトルを取得する外洋ベクトル取得ステップと、
前記外洋流の解析結果に対し、抽出した前記内湾入口の流れベクトルと取得した前記外洋流の流れベクトルとを同化させる海流同化ステップと、を備えたことを特徴とする請求項４に記載の流体解析プログラム。
【請求項６】
平面部を有する流路を流れる流体の解析を行うための流体解析装置であって、
複数のパネルによって前記流路を模擬した流路パネルデータを生成する流路パネル生成部と、
前記流路に流入する一様流の流れベクトルを取得する条件取得部と、
生成した前記流路パネルデータと取得した前記一様流の流れベクトルとに基づいて、流体解析を実行する流体解析部と、を備え、
前記流路パネル生成部は、
前記平面部以外の前記流路を模擬した主パネルデータを生成すると共に、前記平面部を挟んで前記主パネルデータの面対称となる第１鏡像パネルデータを生成し、
前記流体解析部は、
前記主パネルデータ、前記第１鏡像パネルデータおよび前記一様流の流れベクトルに基づいて、前記主パネルデータの前記各パネルに設定される主湧き出し強さを導出すると共に、前記主湧き出し強さを与えて、前記主湧き出し強さと同じ強さとなる前記第１鏡像パネルデータの各パネルに設定される第１湧き出し強さを導出することを特徴とする流体解析装置。
【請求項７】
前記平面部は、前記流路の上面部であり、前記平面部以外は、前記流路の底面部であり、前記底面部は、流入を一様とするための平坦部を有しており、
前記流路パネル生成部は、
前記平坦部を除く前記底面部を模擬した前記主パネルデータを生成し、前記上面部を挟んで前記主パネルデータの面対称となる前記第１鏡像パネルデータを生成し、前記平坦部を挟んで前記主パネルデータの面対称となる第２鏡像パネルデータを生成し、前記上面部を挟んで前記第２鏡像パネルデータの面対称となる第３鏡像パネルデータを生成し、
前記流体解析部は、
前記主パネルデータ、前記第１鏡像パネルデータ、前記第２鏡像パネルデータ、前記第３鏡像パネルデータおよび前記一様流の流れベクトルに基づいて、前記主パネルデータの前記各パネルに設定される主湧き出し強さを導出すると共に、前記主湧き出し強さを与えて、前記主湧き出し強さと同じ強さとなる前記第１鏡像パネルデータ、前記第２鏡像パネルデータおよび前記第３鏡像パネルデータの各パネルに設定される第１湧き出し強さ、第２湧き出し強さおよび第３湧き出し強さを導出することを特徴とする請求項６に記載の流体解析装置。
【請求項８】
前記条件取得部は、予め設定された第１代表点において、前記流路に流入する前記一様流の流れベクトルを、外部の流体予測システムから取得していることを特徴とする請求項６または７に記載の流体解析装置。
【請求項９】
解析対象となる前記流体は、外洋の海流である外洋流と内湾の海流である内湾流とを含む海流であり、前記流路は外洋であり、前記流体解析部は、前記外洋流の流体解析を行っており、
前記流体解析部において解析された前記外洋流の解析結果に基づいて、前記内湾流を解析するにあたり、
前記内湾を模擬した内湾地形データを生成する内湾地形生成部をさらに備え、
前記条件取得部は、前記外洋と前記内湾とを接続する内湾入口における潮位を取得すると共に、前記潮位に応じた前記内湾内部の流れベクトルを取得し、
前記流体解析部は、生成した前記内湾地形データと、前記外洋流の解析結果から抽出した前記内湾入口の流れベクトルと、取得した前記内湾入口における潮位と、取得した前記内湾内部の流れベクトルとに基づいて、前記内湾流を解析することを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の流体解析装置。
【請求項１０】
前記条件取得部は、前記外洋に予め設定された第２代表点における前記外洋流の流れベクトルを取得し、
前記流体解析部において解析された前記外洋流の解析結果に対し、前記内湾流の解析結果から抽出した前記内湾入口の流れベクトルと、取得した前記外洋流の流れベクトルと、を同化させる海流同化部と、を備えたことを特徴とする請求項９に記載の流体解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海流等の流体の解析を行う流体解析プログラムおよび流体解析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体の解析を行う流体解析装置として、パネル法を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この流体解析装置では、３次元ＣＡＤ部において、パネルデータが作成される。パネルデータは、３次元の流路形状を表現しており、流路の境界面を複数に分割した複数のパネルによって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８７４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、流体として、例えば、海流等の海面（水面）を有する流体を解析する場合、パネルデータとして、海底の地形を模擬した海底パネルデータと、海面を模擬した海面パネルデータとが作成され、作成された海面パネルデータおよび海底パネルデータを用いて、流体解析が行われる。このとき、流体解析では、海面パネルデータおよび海底パネルデータの各パネルにおいて、湧き出し強さが計算される。このため、湧き出し強さの計算は、海面パネルデータおよび海底パネルデータのパネルの数だけ行わなければならず、パネル数を削減しない以上、流体解析の解析速度の向上を図ることが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、パネル法を用いて、効率良く流体解析を行うことができ、解析速度の向上を図ることができる流体解析プログラムおよび流体解析装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の流体解析プログラムは、平面部を有する流路を流れる流体の解析を行うために、ハードウェア上において実行される流体解析プログラムであって、複数のパネルによって流路を模擬した流路パネルデータを生成する流路パネル生成ステップと、流路に流入する一様流の流れベクトルを取得する一様流取得ステップと、生成した流路パネルデータと取得した一様流の流れベクトルとに基づいて、流体解析を実行する流体解析ステップと、を備え、流路パネル生成ステップは、平面部以外の流路を模擬した主パネルデータを生成する主パネル生成ステップと、平面部を挟んで主パネルデータの面対称となる第１鏡像パネルデータを生成する第１鏡像パネル生成ステップと、を有し、流体解析ステップは、主パネルデータ、第１鏡像パネルデータおよび一様流の流れベクトルに基づいて、主パネルデータの各パネルに設定される主湧き出し強さを導出すると共に、主湧き出し強さを与えて、主湧き出し強さと同じ強さとなる第１鏡像パネルデータの各パネルに設定される第１湧き出し強さを導出する導出ステップを有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の流体解析装置は、平面部を有する流路を流れる流体の解析を行うための流体解析装置であって、複数のパネルによって流路を模擬した流路パネルデータを生成する流路パネル生成部と、流路に流入する一様流の流れベクトルを取得する条件取得部と、生成した流路パネルデータと取得した一様流の流れベクトルとに基づいて、流体解析を実行する流体解析部と、を備え、流路パネル生成部は、平面部以外の流路を模擬した主パネルデータを生成すると共に、平面部を挟んで主パネルデータの面対称となる第１鏡像パネルデータを生成し、流体解析部は、主パネルデータ、第１鏡像パネルデータおよび一様流の流れベクトルに基づいて、主パネルデータの各パネルに設定される主湧き出し強さを導出すると共に、主湧き出し強さを与えて、主湧き出し強さと同じ強さとなる第１鏡像パネルデータの各パネルに設定される第１湧き出し強さを導出することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、流路パネル生成ステップ（流路パネル生成部）において、主パネルデータおよび第１鏡像パネルデータを生成することができる。これにより、主パネルデータと平面部を模擬したパネルデータとを生成した場合と、同様の流体解析を行うことができる。つまり、主パネルデータ、第１鏡像パネルデータおよび一様流の流れベクトルに基づいて、流体解析を行うと、主パネルデータの各パネルに設定される主湧き出し強さと、第１鏡像パネルデータの各パネルに設定される第１湧き出し強さとが導出される。そして、主パネルデータの主湧き出し強さは、第１鏡像パネルデータの第１湧き出し強さに対し、平面部を挟んで面対称となっていることから、平面部の直交方向におけるベクトルが０となり、平面部を模擬したパネルデータを生成して解析した場合と、同等の解析結果となる。このため、平面部を模擬したパネルデータを生成して解析する必要がなく、主パネルデータと第１鏡像パネルデータを生成し、主パネルデータの主湧き出し強さを導出すると共に、導出した主湧き出し強さと同じ強さを第１鏡像パネルデータの第１湧き出し強さとすれば、主パネルデータの主湧き出し強さを導出するだけでよい。以上から、流路パネル生成ステップにおいて、平面部を模擬したパネルデータを生成しない分、流路パネルデータの総パネル数を減らすことができるため、流体解析ステップ（流体解析部）では、パネル数を減らした分、パネルの湧き出し強さの計算数を削減できる。これにより、流体解析ステップでは、効率良く流体解析を行うことができ、解析速度の向上を図ることができる。
【０００９】
この場合、平面部は、流路の上面部であり、平面部以外は、流路の底面部であり、底面部は、流入を一様とするための平坦部を有しており、流路パネル生成ステップは、平坦部を除く底面部を模擬した主パネルデータを生成する主パネル生成ステップと、上面部を挟んで主パネルデータの面対称となる第１鏡像パネルデータを生成する第１鏡像パネル生成ステップと、平坦部を挟んで主パネルデータの面対称となる第２鏡像パネルデータを生成する第２鏡像パネル生成ステップと、上面部を挟んで第２鏡像パネルデータの面対称となる第３鏡像パネルデータを生成する第３鏡像パネル生成ステップと、を有し、流体解析ステップは、主パネルデータ、第１鏡像パネルデータ、第２鏡像パネルデータ、第３鏡像パネルデータおよび一様流の流れベクトルに基づいて、主パネルデータの各パネルに設定される主湧き出し強さを導出すると共に、主湧き出し強さを与えて、主湧き出し強さと同じ強さとなる第１鏡像パネルデータ、第２鏡像パネルデータおよび第３鏡像パネルデータの各パネルに設定される第１湧き出し強さ、第２湧き出し強さおよび第３湧き出し強さを導出する導出ステップを有することが、好ましい。
【００１０】
また、この場合、平面部は、流路の上面部であり、平面部以外は、流路の底面部であり、底面部は、流入を一様とするための平坦部を有しており、流路パネル生成部は、平坦部を除く底面部を模擬した主パネルデータを生成し、上面部を挟んで主パネルデータの面対称となる第１鏡像パネルデータを生成し、平坦部を挟んで主パネルデータの面対称となる第２鏡像パネルデータを生成し、上面部を挟んで第２鏡像パネルデータの面対称となる第３鏡像パネルデータを生成し、流体解析部は、主パネルデータ、第１鏡像パネルデータ、第２鏡像パネルデータ、第３鏡像パネルデータおよび一様流の流れベクトルに基づいて、主パネルデータの各パネルに設定される主湧き出し強さを導出すると共に、主湧き出し強さを与えて、主湧き出し強さと同じ強さとなる第１鏡像パネルデータ、第２鏡像パネルデータおよび第３鏡像パネルデータの各パネルに設定される第１湧き出し強さ、第２湧き出し強さおよび第３湧き出し強さを導出することが、好ましい。
【００１１】
この構成によれば、流路パネル生成ステップ（流路パネル生成部）において、主パネルデータおよび第１鏡像パネルデータに加え、第２鏡像パネルデータおよび第３鏡像パネルデータを生成することができる。これにより、主パネルデータと平面部を模擬したパネルデータとを生成した場合と、同様の流体解析を行うことができる。つまり、第１鏡像パネルデータにおける第１湧き出し強さは、平面部を挟んで主パネルデータの面対称となるように、主パネルデータの主湧き出し強さと同じ強さとすることで導出できる。同様に、第２鏡像パネルデータにおける第２湧き出し強さは、平坦部を挟んで主パネルデータの面対称となるように、主パネルデータの主湧き出し強さと同じ強さとすることで導出できる。同様に、第３鏡像パネルデータにおける第３湧き出し強さは、平面部を挟んで第２鏡像パネルデータの面対称となるように、第２鏡像パネルデータの第２湧き出し強さと同じ強さとすることで導出できる。このため、平面部を模擬したパネルデータを生成して解析する必要がなく、平坦部を除く底面部を模擬した主パネルデータ、第１、第２および第３鏡像パネルデータを生成して解析することで、主パネルデータ、第１、第２および第３鏡像パネルデータにおける主、第１、第２および第３湧き出し強さを容易に導出できる。以上から、流路パネル生成ステップにおいて、平面部を模擬したパネルデータを生成しない分、また、主パネルデータの平坦部におけるパネルデータを生成しない分、流路パネルデータの総パネル数を減らすことができるため、流体解析ステップ（流体解析部）では、パネル数を減らした分、パネルの湧き出し強さの計算数を削減できる。これにより、流体解析ステップでは、効率良く流体解析を行うことができ、さらに解析速度の向上を図ることができる。
【００１２】
この場合、一様流取得ステップでは、予め設定された第１代表点において、流路に流入する一様流の流れベクトルを、外部の流体予測システムから取得していることが、好ましい。
【００１３】
また、この場合、条件取得部は、予め設定された第１代表点において、流路に流入する一様流の流れベクトルを、外部の流体予測システムから取得していることが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、第１代表点における一様流の流れベクトルを、流体予測システムから取得することにより、一様流の流れベクトルを信頼性の高いものとすることができる。なお、流体予測システムとしては、例えば、海洋潮汐予測プログラムＮＡＯＴＩＤＥや数値海況予測システムＪＣＯＰＥ２等がある。
【００１５】
この場合、解析対象となる流体は、外洋の海流である外洋流と内湾の海流である内湾流とを含む海流であり、流路は外洋であり、流体解析ステップでは、外洋流の流体解析を行っており、流体解析ステップにおいて解析された外洋流の解析結果に基づいて、内湾流を解析するにあたり、外洋流の解析結果から、外洋と内湾とを接続する内湾入口の流れベクトルを抽出する第１内湾入口ベクトル抽出ステップと、内湾を模擬した内湾地形データを生成する内湾地形生成ステップと、内湾入口における潮位を取得する潮位取得ステップと、潮位に応じた内湾内部の流れベクトルを取得する内湾内部ベクトル取得ステップと、生成した内湾地形データと、抽出した内湾入口の流れベクトルと、取得した内湾入口における潮位と、取得した内湾内部の流れベクトルとに基づいて、内湾流の流体解析を行う内湾流解析ステップと、を備えたことが、好ましい。
【００１６】
また、この場合、解析対象となる流体は、外洋の海流である外洋流と内湾の海流である内湾流とを含む海流であり、流路は外洋であり、流体解析部は、外洋流の流体解析を行っており、流体解析部において解析された外洋流の解析結果に基づいて、内湾流を解析するにあたり、内湾を模擬した内湾地形データを生成する内湾地形生成部をさらに備え、条件取得部は、外洋と内湾とを接続する内湾入口における潮位を取得すると共に、潮位に応じた内湾内部の流れベクトルを取得し、流体解析部は、生成した内湾地形データと、外洋流の解析結果から抽出した内湾入口の流れベクトルと、取得した内湾入口における潮位と、取得した内湾内部の流れベクトルとに基づいて、内湾流を解析することが、好ましい。
【００１７】
この構成によれば、外洋流の解析結果から抽出した内湾入口の流れベクトルに基づいて、内湾流を解析することができる。このため、外洋流の解析結果を考慮することにより、内湾流を精度良く解析することができる。また、外洋流と内湾流との解析を一連の流体解析の中で行うことができる。
【００１８】
この場合、内湾流解析ステップにおいて解析された内湾流の解析結果から、内湾入口の流れベクトルを抽出する第２内湾入口ベクトル抽出ステップと、外洋に予め設定された第２代表点における外洋流の流れベクトルを取得する外洋ベクトル取得ステップと、外洋流の解析結果に対し、抽出した内湾入口の流れベクトルと取得した外洋流の流れベクトルとを同化させる海流同化ステップと、を備えたことが、好ましい。
【００１９】
また、この場合、条件取得部は、外洋に予め設定された第２代表点における外洋流の流れベクトルを取得し、流体解析部において解析された外洋流の解析結果に対し、内湾流の解析結果から抽出した内湾入口の流れベクトルと、取得した外洋流の流れベクトルと、を同化させる海流同化部と、を備えたことが、好ましい。
【００２０】
この構成によれば、外洋流の解析結果に対し、内湾流の解析結果から抽出した内湾入口の流れベクトルと、外洋流の流れベクトルと、を同化させることができる。これにより、外洋流に、内湾流からの影響を反映させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の流体解析プログラムおよび流体解析装置によれば、流路パネルデータの総パネル数を減らすことができるため、パネル数を減らした分、効率良く流体解析を行うことができ、流路解析の解析速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本実施例に係る流体解析装置の概略構成図である。
【図２】図２は、流体解析装置の解析対象となる外洋および内湾を示す説明図である。
【図３】図３は、海面パネルデータおよび海底パネルデータで模擬した外洋を示す斜視図である。
【図４】図４は、海面パネルデータおよび海底パネルデータで模擬した外洋を水平方向から見た断面図である。
【図５】図５は、海底パネルデータで模擬した外洋を水平方向から見た断面図である。
【図６】図６は、流体解析の一連の流れを示す説明図である。
【図７】図７は、変形例１に係る海底パネルデータで模擬した外洋を水平方向から見た断面図である。
【図８】図８は、変形例２に係る海底パネルデータで模擬した外洋を水平方向から見た断面図である。
【図９】図９は、変形例３に係る海底パネルデータで模擬した外洋を水平方向から見た断面図である。
【図１０】図１０は、潮位の取得、外洋流解析および内湾流解析のタイミングを説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る流体解析プログラムおよび流体解析装置について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２４】
本実施例に係る流体解析装置は、いわゆるコンピュータ（ハードウェア）であり、コンピュータに記憶された流体解析プログラム（ソフトウェア）を実行することで、流体解析を行うことが可能となっている。
【００２５】
ここで、図１は、本実施例に係る流体解析装置の概略構成図であり、図２は、流体解析装置の解析対象となる外洋および内湾を示す説明図である。図２に示すように、この流体解析装置１は、解析対象となる流体として、例えば、海流を解析対象としており、外洋Ｅ１の海流である外洋流と、内湾Ｅ２の海流である内湾流とをそれぞれ流体解析し、同化させることによって海流の流体解析を行っている。
【００２６】
図１に示すように、流体解析装置１は、処理部５と、記憶部６とを有しており、ネットワーク２を介して流体予測システム３に接続されている。流体予測システム３は、海流の潮汐や海流の速度成分を予測するものであり、例えば、海洋潮汐予測プログラムＮＡＯＴＩＤＥが用いられている。そして、流体解析装置１は、流体予測システム３において提供されている各種データを取得可能に構成されている。なお、本実施例において、流体解析装置１は、ネットワーク２を介して流体予測システム３に接続されたが、これに限らず、流体予測システム３に相当する機能を流体解析装置１に組み込んでもよい。
【００２７】
処理部５は、各種プログラムを実行するための演算を行うＣＰＵ等で構成されており、記憶部６に記憶された流体解析プログラム８を実行させることで、各種処理を実行することが可能となる。記憶部６は、各種プログラム等を実行するための作業領域となるＲＡＭ等の揮発性のメモリ、ＲＯＭやハードディスクドライブ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成されている。
【００２８】
記憶部６には、上記した流体解析プログラム８の他、外洋Ｅ１および内湾Ｅ２を模擬した地形データ１１、予め設定された後述する代表点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のベクトルデータ１２、外洋Ｅ１と内湾Ｅ２とが接続する内湾入口の潮位データ１３、外洋流を解析した外洋流解析データ１４、内湾流を解析した内湾流解析データ１５や、内湾流を解析するための初期条件となる内湾流速データ１６等が記憶されている。
【００２９】
ここで、内湾流速データ１６は、潮位に応じて変化するものである。そして、記憶部６には、潮位の一周期分に対応する内湾流速データ１６が記憶されている。この内湾流速データ１６は、外洋流の代表的な流れとなる条件下において生成されている。つまり、内湾流速データは、代表的な外洋流の条件（例えば、一様流の流れベクトルが所定のベクトルであるという条件）に基づいて、内湾流解析を行ったときの解析終了前の一周期分の潮位に対応する内湾内部の流れベクトルをデータ化したものである。
【００３０】
処理部５は、流体解析プログラム８を実行することで、外洋パネル生成部２１（流路パネル生成部）、内湾地形生成部２２、条件取得部２３、流体解析部２４および海流同化部２５として機能できる。
【００３１】
外洋パネル生成部２１は、外洋Ｅ１を模擬した外洋パネルデータ１１ａ（流路パネルデータ）を生成するものであり、外洋パネルデータ１１ａは、外洋Ｅ１の海面および海底を表現している。なお、外洋パネル生成部２１による外洋パネルデータ１１ａの生成については後述する。生成された外洋パネルデータ１１ａは、地形データ１１として記憶部６に保存される。
【００３２】
内湾地形生成部２２は、浅水長波解析に用いられるための内湾Ｅ２を模擬した内湾地形データ１１ｂを生成するものである。生成された内湾地形データ１１ｂは、地形データ１１として記憶部６に保存される。
【００３３】
条件取得部２３は、流体予測システム３において提供されている各種データを取得して、記憶部６に保存するものである。具体的に、条件取得部２３は、外洋流の解析を行うときに必要となる一様流のベクトルデータ１２を、流体予測システム３から取得し、記憶部６に記憶させている。ここで、条件取得部２３は、外洋Ｅ１に予め設定された代表点（第１代表点）Ｐ１において、一様流のベクトルデータ１２を取得している。また、条件取得部２３は、内湾流の解析を行うときに必要となる内湾入口の潮位データ１３を、流体予測システム３から取得し、記憶部６に記憶させている。さらに、条件取得部２３は、内湾流の解析を行うときの初期条件となる内湾内部の流れベクトルである内湾流速データ１６を、記憶部６から取得する。ここで、条件取得部２３は、内湾入口に予め設定された代表点Ｐ２において、潮位データ１３を取得している。さらに、条件取得部２３は、外洋流と内湾流とを同化させるときに必要となる外洋流のベクトルデータ１２を、流体予測システム３から取得し、記憶部６に記憶させている。ここで、条件取得部２３は、外洋Ｅ１に予め設定された複数の代表点（第２代表点）Ｐ３において、外洋のベクトルデータ１２を取得している。
【００３４】
流体解析部２４は、外洋流の解析を行って、外洋流の解析結果を記憶部６に記憶させると共に、内湾流の解析を行って、内湾流の解析結果を記憶部６に記憶させている。具体的に、流体解析部２４は、外洋流の解析を行う場合、パネル法を用いて流体解析を行っており、外洋Ｅ１を模擬した外洋パネルデータ１１ａと、外洋Ｅ１に流入する代表点Ｐ１における一様流の流れベクトルとに基づいて、外洋流を解析している。なお、パネル法を用いた外洋流の流体解析において、流体解析部２４は、一様流の流れベクトルが外洋パネルデータ１１ａに沿って流れるように、外洋パネルデータ１１ａおよび一様流の流れベクトルに基づいて、外洋パネルデータ１１ａの各パネルにおける湧き出し強さを計算する。この湧き出し強さの計算は、パネル数Ｎだけ未知数があり、Ｎ×Ｎのマトリクスの連立方程式を解くことにより、湧き出し強さが算出される。そして、流体解析部２４は、各パネルにおいて計算された湧き出し強さを各パネルに設定して、外洋流を解析する。
【００３５】
一方、流体解析部２４は、内湾流の解析を行う場合、浅水長波解析を行っており、内湾Ｅ２を模擬した内湾地形データ１１ｂと、代表点Ｐ２における内湾入口の潮位データ１３と、外洋流の解析結果から抽出した代表点Ｐ２における内湾入口の流れベクトルと、内湾内部における内湾流速データ１６とに基づいて、内湾流を解析している。なお、内湾流の解析は、浅水長波解析を用いて行ったが、これに限らず、他の解析手法を用いてもよい。
【００３６】
図１０は、潮位の取得、外洋流解析および内湾流解析のタイミングを説明する説明図である。図１０を参照し、所定の周期で満ち引きする潮位の取得と、外洋流の解析と、内湾流の解析とのタイミングについて説明する。図１０において、その横軸は時間ｔであり、その縦軸は潮位ｈである。そして、ｔ＝０のときが、内湾流解析の開始時間となっている。内湾流解析を開始するにあたり、条件取得部２３は、ｔ＝０よりも潮位の一周期分前の時間であるｔ＝−ｔ１のときの潮位を、流体予測システム３から取得する。また、条件取得部２３は、ｔ＝−ｔ１のときの潮位に対応する内湾内部の内湾流速データ１６を記憶部６から取得する。そして、流体解析部２４は、ｔ＝−ｔ１のときから、内湾流のプレ解析を行うと共に、外湾流の解析を行う。つまり、ｔが−ｔ１から０までの間が、内湾流を解析するための助走期間となっている。流体解析部２４は、内湾地形データ１１ｂと、代表点Ｐ２における所定時間ｔのときの内湾入口の潮位データと、外洋流の解析結果から抽出した代表点Ｐ２における内湾入口の流れベクトルとに基づいて、浅水長波解析により、内湾流の解析を開始する。なお、助走期間は、潮位の一周期に限らず、任意の周期としてよい。
【００３７】
海流同化部２５は、外洋流の解析結果に対し、内湾流の解析結果を反映させることにより、外洋流と内湾流とを同化させている。具体的に、海流同化部２５は、公知の最適内挿（補間）法を用いて同化させており、外洋流の解析結果と、流体予測システム３から取得した代表点Ｐ３における外洋の流れベクトルと、内湾流の解析結果から抽出した代表点Ｐ２における内湾入口の流れベクトルに基づいて、外洋流に内湾流を同化させている。
【００３８】
ここで、図３を参照して、外洋パネル生成部２１により生成される外洋パネルデータ１１ａについて説明する。図３は、海面パネルデータおよび海底パネルデータで模擬した外洋を示す斜視図である。図３に示すように、従来、パネル法を用いて外洋Ｅ１を模擬する場合、外洋パネル生成部２１では、外洋Ｅ１の海面部分と海底部分とに分け、海面パネルデータＤ１と、海底パネルデータＤ２とをそれぞれ生成していた。この場合、海面パネルデータＤ１および海底パネルデータＤ２を用いて流体解析を行うと、流体解析部２４は、一様流が海面パネルデータＤ１に沿って流れるように、海面パネルデータＤ１のパネル数の分だけ湧き出し強さの計算を行い、同様に、一様流が海底パネルデータＤ２に沿って流れるように、海底パネルデータＤ２のパネル数の分だけ湧き出し強さの計算を行わなければならない。このため、外洋パネルデータ１１ａの総パネル数を減らさない限り、解析速度の向上を図ることは難しい。このとき、海面パネルデータＤ１が平坦面であることに着目し、本実施例では、海面パネルデータＤ１を省略して、外洋Ｅ１を模擬した外洋パネルデータ１１ａを生成している。以下、図４および図５を参照して、本実施例の外洋パネル生成部２１について説明する。
【００３９】
図４は、海面パネルデータおよび海底パネルデータで模擬した外洋を水平方向から見た断面図であり、図５は、海底パネルデータで模擬した外洋を水平方向から見た断面図である。なお、図４および図５では、外洋パネルデータ１１ａを水平方向から見た２次元で表現されているが、実際は、３次元である。解析対象となる外洋Ｅ１が、図４に示す外洋Ｅ１である場合、従来の外洋パネル生成部２１は、平坦となる海面を模擬した海面パネルデータＤ１を生成し、平坦部２８を有する海底を模擬した海底パネルデータＤ２を生成している。このとき、海底パネルデータＤ２の平坦部２８は、海底パネルデータＤ２の一様流の流入側と、流出側とにそれぞれ形成されており、これにより流入を一様としている。
【００４０】
これに対し、本実施例に係る外洋パネル生成部２１は、平坦部２８を除いた海底を模擬した海底パネルデータ（主パネルデータ）Ｄ２を生成している。また、外洋パネル生成部２１は、海面を挟んで海底パネルデータＤ２の面対称となる第１鏡像パネルデータＤ３を生成する。さらに、外洋パネル生成部２１は、海底の平坦部２８を挟んで海底パネルデータＤ２の面対称となる第２鏡像パネルデータＤ４を生成すると共に、海面を挟んで第２鏡像パネルデータＤ４の面対称となる第３鏡像パネルデータＤ５を生成する。
【００４１】
そして、流体解析部２４は、外洋流の解析時において、海流が海底パネルデータＤ２と海面に沿って流れるように、海底パネルデータＤ２のパネル数の分だけ主湧き出し強さの計算を行う。一方で、第１鏡像パネルデータＤ３は、海面を挟んで海底パネルデータＤ２と面対称に配置されていることから、第１鏡像パネルデータＤ３の第１湧き出し強さは、海底パネルデータＤ２の主湧き出し強さと同じ強さとして与えている。よって、海底パネルデータＤ２の主湧き出し強さと、第１鏡像パネルデータＤ３の第１湧き出し強さとは、鉛直成分において、大きさが同じとなる一方で正負が逆となるため、海面部分における海流の鉛直成分が０となる。これにより、海面パネルデータＤ１を省略しても、海面パネルデータＤ１を配置した場合と同等の効果を有することとなる。
【００４２】
同様に、流体解析部２４は、第２鏡像パネルデータＤ４は、海底の平坦部２８を挟んで海底パネルデータＤ２と面対称に配置されていることから、第２鏡像パネルデータＤ４の第２湧き出し強さは、海底パネルデータＤ２の主湧き出し強さと同じ強さで与えている。よって、海底パネルデータＤ２の主湧き出し強さと、第２鏡像パネルデータＤ４の第２湧き出し強さとは、鉛直成分において、大きさが同じとなる一方で正負が逆となるため、海底の平坦部２８における海流の鉛直成分が０となる。これにより、平坦部２８のパネルデータを省略しても、平坦部２８のパネルデータを配置した場合と同等の効果を有することとなる。なお、第３鏡像パネルデータＤ５も同様であるため、説明を省略する。
【００４３】
続いて、図６を参照して、流体解析装置１を用いて流体解析を行う一連の流れについて説明する。図６は、流体解析の一連の流れを示す説明図である。外洋Ｅ１および内湾Ｅ２を流れる海流を解析する前に先立ち、流体解析装置１は、外洋パネル生成部２１において、外洋Ｅ１を模擬した外洋パネルデータ１１ａを生成する流路パネル生成ステップ（ステップＳ１３）を実行し、内湾地形生成部２２において、内湾Ｅ２を模擬した内湾地形データ１１ｂを生成する内湾地形生成ステップ（ステップＳ１３）を実行する。
【００４４】
外洋パネル生成部２１は、ステップＳ１３において、平坦部２８を除いた外洋Ｅ１の海底を模擬した海底パネルデータＤ２を生成する主パネル生成ステップと、海底パネルデータＤ２の第１、第２および第３鏡像パネルデータＤ３，Ｄ４，Ｄ５を生成する第１、第２および第３鏡像パネル生成ステップとが行われ、これにより、外洋パネルデータ１１ｂを生成する。そして、外洋パネル生成部２１は、生成した外洋パネルデータ１１ａを地形データ１１として記憶部６に保存する。内湾地形生成部２２は、ステップＳ１３において、浅水長波解析に用いるための内湾Ｅ２を模擬した内湾地形データ１１ｂを生成し、生成した内湾地形データ１１ｂを地形データ１１として記憶部６に保存する。
【００４５】
そして、流体解析装置１は、流体解析部２４において、外洋流の流体解析を行うべく、条件取得部２３は、代表点Ｐ１における一様流の流れベクトルを取得する一様流取得ステップ（ステップＳ１２）を実行すると共に、生成した外洋パネルデータ１１ａを記憶部６から取得する。この後、流体解析部２４は、代表点Ｐ１における一様流の流れベクトルと、外洋Ｅ１を模擬した外洋パネルデータ１１ａとに基づいて、パネル法により流体解析を行うことで、外洋流の流体解析を行う流体解析ステップ（ステップＳ１１）を実行する。この流体解析ステップでは、海底パネルデータＤ２、第１、第２および第３鏡像パネルデータＤ３，Ｄ４，Ｄ５の各パネルに設定される主、第１、第２および第３湧き出し強さを導出する導出ステップが行われている。なお、海底パネルデータＤ２の主湧き出し強さと同じ強さを、第１、第２および第３鏡像パネルデータＤ３，Ｄ４およびＤ５の第１、第２および第３湧き出し強さとして設定している。そして、流体解析部２４は、外洋流の流体解析の結果を外洋流解析データ１４として記憶部６に保存する（ステップＳ１４）。
【００４６】
続いて、流体解析装置１は、流体解析部２４において、内湾流の流体解析を行うべく、条件取得部２３は、内湾入口の複数の代表点Ｐ２における潮位データを取得する潮位取得ステップ（ステップＳ１６）を実行し、取得した潮位に応じた内湾内部の流れベクトルである内湾流速データ１６を記憶部６から取得する内湾内部ベクトル取得ステップ（ステップＳ２３）を実行する。また、条件取得部２３は、生成した内湾地形データ１１ｂを記憶部６から取得する。そして、流体解析部２４は、外洋流解析データ１４から内湾入口の複数の代表点Ｐ２における流れベクトルを抽出する第１内湾入口ベクトル抽出ステップ（ステップＳ１５）を実行する。この後、流体解析部２４は、内湾入口の複数の代表点Ｐ２における流れベクトルおよび潮位と、潮位に応じた内湾内部の流れベクトルと、内湾Ｅ２を模擬した内湾地形データ１１ｂとに基づいて、浅水長波解析により、内湾流の流体解析を行う内湾流解析ステップ（ステップＳ１７）を実行する。そして、流体解析部２４は、内湾流の流体解析の結果を内湾流解析データ１５として記憶部６に保存する（ステップＳ１８）。
【００４７】
そして、流体解析装置１は、海流同化部２５において、外洋流に対し内湾流を同化させるべく、内湾流解析データ１５から内湾入口の複数の代表点Ｐ２における流れベクトルを抽出する第２内湾入口ベクトル抽出ステップ（ステップＳ１９）を実行すると共に、外洋Ｅ１の複数の代表点Ｐ３における外洋の流れベクトルを取得する外洋ベクトル取得ステップ（ステップＳ２０）を実行する。この後、海流同化部２５は、外洋流解析データ１４に対し、抽出した内湾入口の複数の代表点Ｐ２における流れベクトルと、外洋の複数の代表点Ｐ３における外洋の流れベクトルとを、最適内挿法により補間することで、内湾流を外洋流に同化させる海流同化ステップ（ステップＳ２１）を実行する。そして、流体解析装置１は、同化後の外洋流と内湾流とを、海流の解析結果として導出する。なお、上記の流体解析を、所定周期Δｔ毎に行う（ステップＳ２２）ことで、海流の変化を経時的に追跡することができる。
【００４８】
以上の構成によれば、外洋パネル生成部２１において、海底パネルデータＤ２を生成し、海底パネルデータＤ２と面対称となる第１、第２鏡像パネルデータＤ３，Ｄ４、および第２鏡像パネルデータと面対称となる第３鏡像パネルデータＤ５を生成することで、海面パネルデータＤ１を生成した場合と、同等の流体解析を行うことができる。このとき、海底パネルデータＤ２は、平坦部２８のパネルを生成する必要がないため、従来に比して海底パネルデータＤ２を容易に生成することができる。また、第１、第２および第３鏡像パネルデータＤ３，Ｄ４，Ｄ５の各パネルにおける第１、第２および第３湧き出し強さは、海底パネルデータＤ２の主湧き出し強さと同じ強さであるため容易に取得できる。これにより、流体解析部２４は、湧き出し強さを計算する外洋パネルデータ１１ａのパネル数を減らした分、外洋流の流体解析の計算数を大幅に削減できるため、流体解析装置１は、流体解析の解析速度を向上させることができる。
【００４９】
また、流体解析装置１は、流体予測システム３である海洋潮汐予測プログラムＮＡＯＴＩＤＥから、各代表点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３における流れベクトルや潮位データを取得し、これらのデータに基づいて、流体解析を行うことができるため、解析結果の信頼性を高めることができる。
【００５０】
また、流体解析装置１は、外洋流の解析結果に対し、内湾流の解析結果を同化させることにより、内湾流からの影響を外洋流に反映させることができる。
【００５１】
また、流体解析装置１は、内湾流の解析時に助走期間を設けることにより、内湾流の解析開始時において、内湾内部の流れベクトルを与えることができるため、内湾流の解析精度を向上させることができる。
【００５２】
なお、本実施例では、外洋パネル生成部２１において、第２および第３鏡像パネルデータＤ４，Ｄ５を生成したが、図７に示す変形例１のように、第１鏡像パネルデータＤ３を生成し、第２および第３鏡像パネルデータＤ４，Ｄ５を生成しなくても良い。この場合、生成される海底パネルデータＤ２は平坦部２８を含むものとなっている。以下、変形例１の構成について具体的に説明すると、外洋パネル生成部２１は、外洋Ｅ１を模擬した外洋パネルデータ１１ａを生成するにあたり、平坦部２８を含む海底を模擬した海底パネルデータ（主パネルデータ）Ｄ２を生成している。また、外洋パネル生成部２１は、海面を挟んで海底パネルデータＤ２の面対称となる第１鏡像パネルデータＤ３を生成する。
【００５３】
以上の構成によれば、外洋パネル生成部２１において、海底パネルデータＤ２を生成し、海底パネルデータＤ２と面対称となる第１鏡像パネルデータＤ３を生成することで、海面パネルデータＤ１を生成した場合と、同様の流体解析を行うことができる。この場合、第１鏡像パネルデータＤ３の第１湧き出し強さは、海底パネルデータＤ２の主湧き出し強さと同じ強さであるため容易に取得できる。これにより、流体解析部２４は、湧き出し強さを計算する外洋パネルデータ１１ａのパネル数を減らした分、外洋流の流体解析の計算数を大幅に削減できるため、流体解析装置１は、流路解析の解析速度を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施例では、外洋Ｅ１の海面および海底を模擬した外洋パネルデータ１１ａであったが、図８の変形例２に示すように、外洋Ｅ１に物体が浮遊している場合、外洋パネル生成部２１は、物体を模擬した物体パネルデータＤ７を加えて、外洋パネルデータ１１ａを生成している。以下、具体的に説明すると、外洋パネル生成部２１は、外洋Ｅ１を模擬した外洋パネルデータ１１ａを生成するにあたり、平坦部２８を除いた外洋Ｅ１の海底を模擬した海底パネルデータＤ２と、物体パネルデータＤ７とを生成している。また、外洋パネル生成部２１は、海面を挟んで海底パネルデータＤ２および物体パネルデータＤ７の面対称となる第１鏡像パネルデータＤ３を生成する。さらに、外洋パネル生成部２１は、海底の平坦部２８を挟んで海底パネルデータＤ２および物体パネルデータＤ７の面対称となる第２鏡像パネルデータＤ４を生成すると共に、海面を挟んで第２鏡像パネルデータＤ４の面対称となる第３鏡像パネルデータＤ５を生成する。
【００５５】
以上の構成においても、流体解析部２４は、湧き出し強さを計算する外洋パネルデータ１１ａのパネル数を減らした分、外洋流の流体解析の計算数を大幅に削減できるため、流体解析装置１は、流路解析の解析速度を向上させることができる。このとき、海中に浮遊する物体も考慮することができるため、流体解析装置１は、汎用性の高いものとすることができる。
【００５６】
また、図９の変形例３に示すように、外洋Ｅ１に物体が浮遊している場合、流体解析装置１は、変形例１と同様に、海面を挟んで海底パネルデータＤ２および物体パネルデータＤ７の面対称となる第１鏡像パネルデータＤ３を用いて、流体解析を行ってもよい。
【００５７】
なお、本実施例では、流体として海流に適用したが、これに限らず、流体として、水流や気流に適用してもよい。この場合、水流や気流が流れる流路は、平面を有する必要がある。また、流体予測システム３として、海洋潮汐予測プログラムＮＡＯＴＩＤＥを適用したが、数値海況予測システムＪＣＯＰＥ２や海洋数値モデル等を適用してもよく、各代表点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３における流れベクトルや境界条件等の各種データを、数値海況予測システムＪＣＯＰＥ２や海洋数値モデル等から取得してもよい。さらに、海面上を流れる気流を考慮して、外洋Ｅ１または内湾Ｅ２における境界条件を、適宜設定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明に係る流体解析プログラムおよび流体解析装置は、海流の流体解析を行う場合において有用であり、特に、外洋および内湾を解析対象とする場合に適している。
【符号の説明】
【００５９】
１      流体解析装置
３      流体予測システム
５      処理部
６      記憶部
８      流体解析プログラム
１１    地形データ
１１ａ  外洋パネルデータ
１１ｂ  内湾地形データ
１２    ベクトルデータ
１３    潮位データ
１４    外洋流解析データ
１５    内湾流解析データ
２１    外洋パネル生成部
２２    内湾地形生成部
２３    条件取得部
２４    流体解析部
２５    海流同化部
２８    平坦部
Ｅ１    外洋
Ｅ２    内湾
Ｄ１    海面パネルデータ
Ｄ２    海底パネルデータ
Ｄ３    第１鏡像パネルデータ
Ｄ４    第２鏡像パネルデータ
Ｄ５    第３鏡像パネルデータ
Ｄ７    物体パネルデータ
【図１】
0005192527.tif 000002
【図２】
0005192527.tif 000003
【図３】
0005192527.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005192527.tif 000007
【図７】
0005192527.tif 000008
【図８】
0005192527.tif 000009
【図９】
0005192527.tif 000010
【図１０】
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