計算条件

基本設定

ここではGELATOの計算全体に関わる基本設定について設定する。

Figure 8 : 基本設定

流れの計算結果CGNSファイル

GELATOで使用する流れの計算結果が格納されたCGNSファイルのパス。

なお、GELATO ver2.xではソルバー起動時に表示されるダイアログから指定しているため、改めて選択を行う必要はない。(Figure 4)

変更したい場合は ... をクリックして表示されるダイアログから流れの計算結果のフォルダ内に含まれる Case1.cgn を選択するか、直接パスを入力する。

物質輸送解析用の時間刻み(s)

GELATOでトレーサー等の物質輸送解析を行う際の時間刻み。(=追跡時間間隔)

出力時間間隔より大きい値を入力した場合、出力時間間隔と同じ値になるようになっている。

注釈

なお、追跡時間間隔は出力時間間隔を割り切れる値を入力することが望ましい。

出力時間間隔内で、何回追跡計算を行うかは 出力時間間隔/追跡時間間隔 を四捨五入した値になるが、GELATO内での追跡は追跡時間間隔に基づいて行われるため、追跡時間間隔が出力時間間隔を割り切れない場合、出力時間間隔と追跡時間間隔が一致しないことがある。

例として、出力時間間隔が5[sec]、追跡時間間隔が2[sec]の場合、出力時間間隔内で何回追跡計算を行うかは \(\frac{5}{2} = 2.5\) を四捨五入した値である3回になり、出力時間が5[sec]の際にはトレーサーは6秒間、10[sec]の際にはトレーサーは12秒間追跡されていることになる。

計算終了時間(s)

ここで指定された時間までの追跡計算が行われる。

計算結果の時間を使用する がチェックされている場合、流れの計算結果の時間で指定し、チェックされていない場合、一番最初のタイムステップからの経過時間で指定をするため、留意が必要である。終了時刻と出力される計算結果のイメージを以下に示す。

Figure 9 : 計算終了時間と出力される計算結果（計算結果の時間を使用しない場合）

Figure 10 : 計算終了時間と出力される計算結果（計算結果の時間を使用する場合）

出力頻度増幅係数

読み込んだ流れの計算結果の出力間隔の中で、何回GELATOでの計算結果を出力するかを指定する。

例えば、出力頻度増幅係数が2、読み込んだ計算結果で0[sec],10[sec],20[sec]の3つのタイムステップがある場合、GELATOでの出力結果は0[sec],5[sec],10[sec],15[sec],20[sec]の5つのタイムステップとなる。

計算結果の時間を使用する

このパラメーターを有効にした場合、GELATOで出力される計算結果の時間は流れの計算結果の時間を使用する。

無効の場合は読み込んだ計算結果の最初の時間に関係なく、GELATOでの計算結果の時間は0から始まる。

警告

このパラメーターを有効にした場合、時間に関するパラメーターは全て読み込んだ計算結果における時間で指定する必用がある。

水路中央縦断線の描画

このパラメーターを有効にした場合、横断方向の中央を通るような縦断線が計算結果に描画される。

計算結果読み込み設定

ここではトレーサー等の追跡計算に用いられる計算結果や、参考としてGELATOの計算結果にコピーする計算結果の読み込み設定に関する設定を行う。

Figure 11 : 計算結果読み込み設定

物質輸送に用いる水理条件

トレーサー等の物質輸送解析に用いる水理条件の与え方を以下の選択肢から選択する。

計算結果を使用する

流れの計算結果CGNSファイル で指定された流れの計算結果から読み取った水理条件を使用する。

一定値を与える

水理条件として 一定流速(m/s) と 一定水深(m) を与える。

一定値を与える場合に設定するパラメーター

一定流速(m/s)

物質輸送に用いる水理条件 で 一定値を与える を選択した場合、ここで指定された値を流速として使用する。

一定水深(m)

物質輸送に用いる水理条件 で 一定値を与える を選択した場合、ここで指定された値を水深として使用する。

計算結果を使用する場合に設定するパラメーター

以下のパラメーターは 物質輸送に用いる水理条件 で 計算結果を使用する を選択した場合に設定を行う。

プルダウンに流れの計算結果CGNSファイルに含まれる値の名前が表示されるので、それらから選択を行う。

計算を行うために必須であるパラメーターの他、参考として流れの計算結果からGELATOの計算結果にコピーする値も選択することができる。

追跡計算に使用されるパラメーター

• X軸方向流速(m/s)

• Y軸方向流速(m/s)

• 水深(m)

• 地形高(m)

参考としてコピーするパラメーター

• 流量(m3/s)

• 河床変動量(m)

• 渦度(s-1)

• 染料濃度

注釈

参考としてコピーするパラメーターについては、パラメータ名と一致しない値を選択することで、格子点の実数地の値であれば何でも参考値としてコピーすることが可能だが、CGNSにはパラメータ名で出力されるため注意が必要である。

通常トレーサーの基本設定

ここでは通常トレーサー（プライマリートレーサー、セカンダリートレーサー）の共通パラメータに関する設定を行う。

なお、これらのパラメーターはプライマリーまたはセカンダリーの トレーサーの投入 が有効の場合のみ編集が可能である。

Figure 12 : 通常トレーサーの基本設定

通常トレーサーの時間設定

通常トレーサーを散布する期間及び間隔に関するパラメータの設定を行う。

• 投入開始時刻(sec)

• 投入終了時刻(sec)

• 投入時間間隔(sec)

通常トレーサーの周期境界条件

有効にした場合、トレーサーが上流端または下流端から流出した際に、逆側の端へ移動する。

なお、横断方向については流出した箇所と同じ位置に流入する。

移動限界水深・摩擦速度以下での処理

トレーサーの位置の水深が移動限界水深以下、もしくは流速が移動限界摩擦速度以下の場合のトレーサーの処理を以下から選択する。

• 移動停止

• 消失

プライマリー・セカンダリートレーサーの設定

ここではプライマリートレーサー及びセカンダリートレーサーの設定に関する設定を行う。

それぞれ別の内容を設定できるが、プライマリトレーサーもセカンダリートレーサーもパラメーターは同じであるため併せて説明する。

なお、これらの値は トレーサーの投入 が有効の場合のみ編集が可能である。

Figure 13 : プライマリートレーサー及びセカンダリートレーサーの設定

トレーサーの投入

トレーサーの追跡を行う場合は、有効にする。

最大トレーサー数

追跡が可能な最大トレーサー数を指定する。

計算範囲全体のトレーサー数(動けないものを含む)がこの数に達している場合、新たなトレーサーは投入されない。

1セル内の最大トレーサー数

1セル内に存在できる最大トレーサー数を指定する。

既にセル内のトレーサー数がこの値に達している場合、その後移動してきたトレーサーは除去される。

移動限界水深(m)・移動限界摩擦速度(m/s)

この値未満の箇所ではトレーサは移動ができない、そのような箇所での処理については 移動限界水深・摩擦速度以下での処理 で設定を行う。

トレーサー補足壁

ここでは計算格子で トレーサートラップ の値をトラップセルとしてマッピングした箇所(トレーサー補足壁)に関する以下のパラメーターの設定を行う。

この設定はトレーサーの種類ごとに異なる設定が可能である。

• 補足壁の高さ(m)

• 補足壁の捕捉率(%)

なお、捕捉率については補足壁の高さと水深の関係によって以下のように変化する。

Figure 14 : トレーサー補足壁の捕捉率

トレーサーの投入範囲

ここではトレーサーを投入する範囲に関するパラメーターの設定を行う。

通常トレーサーは \(\xi\) (流下方向)および、 \(\eta\) (横断方向)の開始位置( \(\xi_1\), \(\eta_1\) )、終了位置( \(\xi_2\), \(\eta_2\) )および投入間隔( \(\Delta \xi\), \(\Delta \eta\) )を指定する。

位置は計算格子を一般座標系で表現した場合の 0～1 の無次元座標で指定する。

Figure 15 : トレーサーの投入範囲

注釈

なお、一般座標系における \(\xi\) および \(\eta\) は格子のサイズが一定であることを前提に作成しているため、格子のサイズが一定でない場合は以下のように。物理座標系では等間隔ではなくなってしまうのので、できるだけ格子間隔は等間隔になっていることが望ましい。

Figure 16 : 格子が等間隔でない場合の一般座標系の座標のイメージ

トレーサーの分割

有効にするとトレーサーが 分裂条件と分裂方法 で指定された条件で分割される。

分裂条件と分裂方法

どのような条件でトレーサーが分裂を行うか以下の選択肢より選択する。

空白セルはすべて発生させる

セル内に一つもトレーサーがないセルの中心に新たなトレーサーを発生させる。

トレーサーの存在数が1個になったセル

セル内にちょうど1つのトレーサーが存在する場合、そのトレーサーは半分の質量の2つのトレーサーに分裂する。

GUIで領域指定した範囲でトレーサー数が1になったセル

計算格子で トレーサーを分割させるセル としてマッピングされているセル内において、ちょうど1つのトレーサーが存在する場合、そのトレーサーは半分の質量の2つのトレーサーに分裂する。

最大分割世代数

トレーサーが分割を行う際に、最大で何世代目まで分割を行うかを指定する。

トレーサーは1世代目として新規に追加された分割が行われるたびに1ずつ世代が増加する。

すべての空白セルにトレーサーを発生させる場合の割引係数

分裂条件と分裂方法 が 空白セルはすべて発生させる の場合、すべての空白セルにトレーサーを発生させる際の割引係数を指定する。

この値を2以上に設定したばあい、j方向優先でn個おきにトレーサーを発生させることができる。

\(10*10\) の格子において割引係数を3で設定した場合以下の画像のようにトレーサーが発生する。

Figure 17 : 割引係数3でのトレーサーの発生状況

軌跡追跡用トレーサー

ここでは軌跡追跡用トレーサーの設定に関する設定を行う。

なお、これらの値は 軌跡投入用トレーサーの投入 が有効の場合のみ編集が可能である。

Figure 18 : 軌跡追跡用トレーサーの設定

軌跡投入用トレーサーの投入

軌跡追跡用トレーサーの追跡を行う場合は、有効にする。

軌跡表示用トレーサーの最大数

軌跡追跡用トレーサーの追跡が可能な最大トレーサー数を指定する。

計算範囲全体のトレーサー数がこの数に達している場合、新たなトレーサーは投入されない。

粒子軌跡の最大保存回数

トレーサーの軌跡を保存する最大回数(ポリラインのノード数)を指定する。

この値を超えると軌跡の描画はその時点で停止する。

最大数は1,000,000回となっている。

粒子軌跡表示用トレーサーの保存間隔

何回トレーサーの追跡を行ったらトレーサーの現在地を軌跡ポリラインのノードとして保存するかを指定する。

この値を小さくすると軌跡の描画が滑らかになるが、保存されるデータ量が増えるため注意が必要である。

注釈

例として3600秒間の計算を追跡時間間隔0.001秒で行った場合、保存間隔を1、最大保存回数を1,000,000にすると軌跡の保存回数は3,600,000回となり、保存最大回数を超えてしまう。

その場合は保存間隔の値を大きくすることで回避されたい。

移動限界水深(m)・移動限界摩擦速度(m/s)

通常トレーサーの 移動限界水深(m)・移動限界摩擦速度(m/s) と同様のため割愛する。

トレーサー補足壁

通常トレーサーの トレーサー補足壁 と同様のため割愛する。

トレーサーの投入範囲

通常トレーサーの トレーサーの投入範囲 と同様のため割愛する。

軌跡表示用トレーサーの投入時間

トレーサーの軌跡を表示するためのトレーサーの投入時間を指定する。

軌跡表示用トレーサーは1度のみ投入される。

Wind Map風の描画

ここではWind Map風の描画に関する設定を行う。

なお、これらの値は Wind Map風の描画 が有効の場合のみ編集が可能である。

Figure 19 : Wind Map風の描画

Wind Map風の描画

Wind Map風の描画を行う場合は、有効にする。

Wind Mapの最大描画本数

Wind Map風描画のためのラインを最大で何本まで描画するかを指定する。

個々のWind Map線の寿命(保存回数)

Wind Map風描画のためのラインの最大寿命を指定する。

描画されるWind Map線はこの最大値以下のランダムな寿命で描画される。

Wind Mapの保存間隔(追跡回数)

何回の追跡ごとにWind Map線ポリラインのノードとして現在地を保存するかを指定する。

なお、GELATOの出力間の追跡回数を割り切れる値を指定することが望ましい。

魚の運動のシミュレーション

ここでは魚の運動のシミュレーションに関する設定を行う。

なお、これらの値は 魚のシミュレーション が有効の場合のみ編集が可能である。

魚の運動特性リストは 魚のシミュレーション 無効でも編集できるが、有効の場合のみ適用される。

Figure 20 : 魚の運動のシミュレーション

魚のシミュレーション

魚の運動のシミュレーションを行う場合に有効にする。

魚の挙動の周期境界条件

有効にした場合、魚が上流端または下流端から流出した際に、逆側の端へ移動する。

なお、横断方向については流出した箇所と同じ位置に流入する。

魚の跳躍

有効にすると魚が跳躍をするようになる。

魚の運動特性リスト

魚の運動特性リストを設定する。

魚の運動特性はグループ単位で設定することが可能で、グループごとに異なる特性を設定することができる。

csvついては 魚のシミュレーションにおけるパラメーターの設定方法 を参照のこと。

Figure 21 : 魚の運動特性リスト(リスト形式)

Figure 22 : 魚の運動特性リスト(表形式)

設定項目は以下の通りである。

魚体比の比率

魚の総数に対する各グループの魚の数を比率で指定する。

魚の総数が割り切れない場合は、比率の大きい順にグループに割り振られる。

魚体長(m)

魚の体長を指定する。

巡航速度(m/s)

魚の通常時の巡航速度を指定する。

巡航時間(sec)

魚が巡航速度で泳ぎ続ける時間を指定する。

突進速度(m/s)

魚が突進状態で泳ぐ速度を指定する。

突進時間(sec)

魚が突進速度で泳ぐ時間を指定する。

活動限界水深(m)

魚が問題なく泳ぐことが可能な水深を指定する。

この水深未満の場所での魚の挙動は 限界水深未満での挙動 で指定する。

限界水深未満での挙動

魚が活動限界水深未満の場所での挙動を以下の選択肢から指定する。

除去される 以外の挙動の場合で通常状態の魚が移動後に活動限界水深未満の場所に移動した場合、移動の前の場所に一度戻り次の移動時に選択肢の行動をとる。

移動前に水位の変化により活動限界水深未満の場所になった場合は、移動を行わず水深が活動限界水深以上になった際に再度移動を開始する。

限界水深未満での挙動を継続中に限界水深未満の位置に移動した場合、移動前の位置に戻り挙動の継続時間タイマーがリセットされ、次回移動時に再度選択肢の行動ととる。

その場で停止する

魚はその場で停止する。

反対方向に泳ぐ

本来泳ぐ方向とは反対側に泳ぐ

流れに身を任せる

魚は自身の遊泳能力を放棄し、流れに身を任せる。

ランダムな方向に泳ぐ

魚の進行方向から標準偏差を \(\pi /2\) とする正規分布に従うランダムに傾いた方向に泳ぐ。

除去される

限界水深未満の場所に入った魚は除去される。

限界水深未満での挙動の継続時間(sec)

限界水深未満での挙動を継続する時間を指定する。

この時間内では限界水深以上の位置に移動しても限界水深未満での挙動を続け、この時間を超えると通常の挙動に戻る。

跳躍に挑戦する水位差(m)

魚の跳躍が有効の時に使用されるパラメーター、魚の移動前の位置の水位と1セルi方向上流のセルとの水位差がこの値を超える場合に跳躍を行う。

可能跳躍高(m)

魚が跳躍可能な最大水位差を指定する。

可能跳躍長(m)

魚が跳躍可能な最大跳躍長を指定する。

跳躍失敗時の挙動

水位差が跳躍可能高を超えた場合の挙動を以下の選択肢から指定する。

その場で停止する

魚は移動前の場所で停止する。

泳ぎ続ける

魚は遊泳を再開する。

注釈

魚の巡航と突進のサイクルについて、魚は巡航状態と突進状態をそれぞれの時間ずつ繰り返す。ただし周期をバラつかせるため、魚投入時は巡航状態から開始しその際の巡航時間は巡航時間内でのランダムな値となる。

注釈

魚の跳躍の条件において跳躍を行う - i方向に1セル上流との水位差が跳躍検討水位差を超えている - 水位差が跳躍可能高以下である - 魚が突進状態かつ、突進状態に入ってから移動回数が2回以下である - 限界水深未満の挙動をしていない - 一番上流のセルにいない

初期位置設定方法

魚の初期位置を以下の選択肢から指定する。

無次元座標で指定

通常トレーサー等と同様の方法で配置を行う。

総個体数を与えて位置はランダムに与える

総個体数を与え、その個体数分の魚を格子範囲内にランダムに配置する。

配置出来ない場合の挙動

魚が初期位置に配置できない場合の挙動を以下の選択肢から指定する。

0:配置しない(障害物・水深)

配置される場所が障害物セルまたは活動限界水深未満の場所である場合、その魚は配置されない。

1:配置しない(障害物)

配置される場所が障害物セルである場合、その魚は配置されない。

2:再配置(障害物・水深)

配置される場所が障害物セルまたは活動限界水深未満の場所である場合、その魚は別の場所にランダムで再配置される。

3:再配置(障害物)

配置される場所が障害物セルである場合、その魚は別の場所にランダムで再配置される。

総個体数

魚をランダム配置する際の総個体数を指定する。

魚の配置範囲

通常トレーサーの トレーサーの投入範囲 と同様のため割愛する。

魚の表示時の拡大係数

計算結果可視化の際に表示する魚のポリゴンのサイズを拡大するための係数を指定する。

魚のカウント

有効にすると、ユーザーが指定した断面iを魚が下流から上流に向けて通過した回数をカウントする。

なお、上流から下流に向けて通過した場合はカウントが減少する。

魚のカウントを行う断面番号

魚のカウントを行う断面のi方向のインデックスを指定する。

魚のカウント開始時間(sec), 終了時間(sec)

魚のカウントを行う期間を指定する。

拡散係数

ここではトレーサーのランダムウォークによる移動の拡散係数に関する設定を行う。

なお、拡散係数については 乱流の影響を考慮したランダムウォークモデル を参照のこと。

Figure 23 : 拡散係数

ランダムウォーク(拡散)の有効化

有効にするとトレーサーのランダムウォークによる移動を行う。

拡散係数のパラメーター

以下の式におけるaおよびbの値を指定する。

\[K= a \nu_t + b\]

樹木描画の条件

計算結果に樹木ポリゴンの描画を行う際に関する設定を行う。

Figure 24 : 樹木描画の条件

樹木の描画

樹木ポリゴンの描画を行う場合は、有効にする。

樹木描画の条件

樹木ポリゴンの描画を行う条件を以下の選択肢から指定する。

水の無いセルのみ

描画限界水深 未満の水深のセルに樹木ポリゴンを描画する。

指定したセルのみ

描画限界水深 未満の水深かつ、計算格子で 樹木繁茂セル とマッピングしたセルに樹木ポリゴンを描画する。

描画限界水深(m)

樹木ポリゴンを描画可能な限界の水深を指定する。

この水深以下のセルに樹木ポリゴンが描画される。

平均樹高(m)

樹木ポリゴンの平均樹高を指定する。

樹高を変動させる

有効にすると樹木ポリゴンの樹高を平均樹高の0.5倍から1.5倍の範囲でランダムに変動させる。

樹木の横幅の倍率

描画する樹木ポリゴンの横幅に対する倍率を指定する。

樹木を太くしたい場合は1より大きい値を指定する。樹木の基本形は以下の画像に示すとおりである。

Figure 25 : 樹木ポリゴンの基本形

樹木の描画角度(度)

樹木の描画角度を指定する。

以下の図に示すよう0度の場合はY軸方向を上として描画され、値を増加させると時計回りに回転する。

Figure 26 : 樹木の描画角度

範囲内に描画する本数

i方向の樹木描画間隔, j方向の樹木描画間隔 において指定した、描画範囲内に何本の樹木ポリゴンを描画するかを指定する。

i方向の樹木描画間隔, j方向の樹木描画間隔

i方向およびj方向の樹木ポリゴンの描画間隔を指定する。

例えば、i方向を3、j方向を2と指定した場合、以下の図のように \(3*2\) セルの範囲内のランダムな位置に樹木ポリゴンが 範囲内に描画する本数 で指定した本数描画される。

Figure 27 : 樹木ポリゴンの描画間隔(i=3, j=2, 本数=1)

砂利河床の描画

計算結果に礫ポリゴンの描画を行う際に関する設定を行う。

Figure 28 : 砂利河床の描画

なお、砂利河床の描画に関する設定は 樹木描画の条件 と同様であるため個別の説明は割愛する。

その他

その他計算に用いるパラメーターに関する設定を行う。

Figure 29 : その他の条件

一定のマニング粗度係数を使用する

デフォルトで有効になっているパラメーター、GELATO内で摩擦速度、渦動粘性係数を計算する際に使用するマニング粗度係数に マニング粗度係数 の値を使用する。

格子にマッピングした粗度係数を使用する場合は無効にすること。

マニング粗度係数

一定のマニング粗度係数を使用する が有効の場合に使用するマニング粗度係数の値を指定する。

ランダムシード値

GELATO2.xから追加されたパラメーターです。

従来は同じ計算条件で計算した場合、同じ乱数が生成され、ランダムウォークによる移動の挙動などが何度計算しても同一となっていましたが、このパラメーターを変更することで異なる乱数を発生させ、挙動を変更することができます。