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マイクロシステムにおける流体混合の数値予測手法の開発

Research Project

Project/Area Number 14J08972
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

松永 拓也  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords粒子法 / 境界条件 / 計算アルゴリズム / 視線判定 / 流体混合 / 数値拡散 / ハイブリッド法
Outline of Annual Research Achievements

本課題は、混相流のマイクロデバイスとしての応用面に着目し、マイクロシステムにおける混相流を伴う流体混合の高精度数値予測手法の開発を研究目的とするものである。第二年度となる本年度は、粒子法における壁境界表現手法の開発、研究成果のとりまとめを実施した。
粒子法は、複雑形状あるいは薄肉の固体物体の取り扱いに課題があることが知られている。マイクロデバイスでは流路の内壁が複雑な形状をしている場合や、薄肉な回転翼などを有する場合も多く見られるため、粒子法を用いてそのような解析を行うために壁境界の表現手法の改良が求められている。従来の壁境界表現方法の一つとして粒子の鏡像(ミラー粒子)を用いる手法が挙げられる。この手法は、境界条件の計算アルゴリズムが単純であることや、境界条件の設定にかかるプリプロセスのコストが小さいという長所をもつ。一方で、適用可能な形状の自由度が小さいという短所があった。そこで、(i) ミラー粒子のミラー粒子を考慮すること、(ii) 視線判定を導入すること、によって形状適応性の問題を回避する新しい壁境界表現手法を開発した。数値実験に基づく提案手法の妥当性検証を行った結果、複雑形状においても適切に固体壁境界を評価し安定に妥当な解を得ることができることを示された。
これまでの研究により得られた成果をとりまとめ、国内外での学会発表およびジャーナル論文の執筆・投稿を行った。具体的には、昨年度の研究「格子‐粒子ハイブリッド型手法の開発」により得られた成果は国際学会にて口頭発表を行った。「粒子法における壁境界表現手法の開発」により得られた成果は、国内学会にて口頭発表を行い、学会誌へ論文を投稿した。更に、これらの研究成果を主としてまとめた博士論文を執筆し、所属研究機関に提出した。同博士論文は審査の結果受理され、博士(工学)の学位を取得した。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2016 2015 2014

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Fluid flow simulation using MPS method with mirror particle boundary representation2016

    • Author(s)
      松永 拓也、柴田 和也、室谷 浩平、越塚 誠一
    • Journal Title

      Transactions of the Japan Society for Computational Engineering and Science

      Volume: 2016 Issue: 0 Pages: 20160002-20160002

    • DOI

      10.11421/jsces.2016.20160002

    • NAID

      130005122066

    • ISSN
      1347-8826
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Solution of pressure Poisson equation in particle method using algebraic multigrid method2016

    • Author(s)
      松永 拓也、柴田 和也、室谷 浩平、越塚 誠一
    • Journal Title

      Transactions of the Japan Society for Computational Engineering and Science

      Volume: 2016 Issue: 0 Pages: 20160012-20160012

    • DOI

      10.11421/jsces.2016.20160012

    • NAID

      130005151023

    • ISSN
      1347-8826
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of ambient gas flow on the instability of Marangoni convection in liquid bridges of various volume ratios2016

    • Author(s)
      T. Yano, K. Maruyama, T. Matsunaga, K. Nishino
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      Volume: Volume 99 Pages: 182-191

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.03.085

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hybrid grid-particle method for fluid mixing simulation2015

    • Author(s)
      T. Matsunaga, K. Shibata, K. Murotani, S. Koshizuka
    • Journal Title

      Computational Particle Mechanics

      Volume: Volume 2 Issue: 3 Pages: 233-246

    • DOI

      10.1007/s40571-015-0046-7

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Performance Improvements of Differential Operators Code for MPS method on GPU2015

    • Author(s)
      Kohei MUROTANI, Issei MASAIE, Takuya MATSUNAGA, Seiichi KOSHIZUKA, Ryuji SHIOYA, Masao OGINO, Toshimitsu FUJISAWA
    • Journal Title

      Computational Particle Mechanics

      Volume: Volume 2, Issue 3 Issue: 3 Pages: 261-272

    • DOI

      10.1007/s40571-015-0059-2

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] ミラー粒子境界表現を用いた粒子法による流体解析2015

    • Author(s)
      松永 拓也、柴田 和也、室谷 浩平、越塚 誠一
    • Organizer
      日本機械学会 第28回計算力学講演会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2015-10-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Simulation of passive scalar transport using hybrid grid-particle method with improved particle shifting approach2015

    • Author(s)
      T. Matsunaga, K. Shibata, K. Murotani, S. Koshizuka
    • Organizer
      4th Conference on Particle-Based Methods
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2015-09-28
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 粒子法における仮想ミラー粒子を用いた境界の取り扱い法の提案2015

    • Author(s)
      松永 拓也、柴田 和也、室谷 浩平、越塚 誠一
    • Organizer
      日本計算工学会 第20回計算工学講演会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2015-06-08
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 格子‐粒子ハイブリッド型手法を用いた流体混合の数値解析2014

    • Author(s)
      松永 拓也、柴田 和也、室谷 浩平、越塚 誠一
    • Organizer
      日本流体力学会 第28回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • Year and Date
      2014-12-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 流れ場における移流拡散問題のための格子‐粒子ハイブリッド型手法の開発2014

    • Author(s)
      松永 拓也、柴田 和也、室谷 浩平、越塚 誠一
    • Organizer
      日本機械学会 第27回計算力学講演会
    • Place of Presentation
      岩手大学工学部(岩手県盛岡市)
    • Year and Date
      2014-11-22
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] A semi-Lagrangian scheme for fluid mixing in laminar microflows2014

    • Author(s)
      T. Matsunaga, K. Nishino, S. Koshizuka
    • Organizer
      11th World Congress on Computational Mechanics
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2014-07-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Proposal of tomographic stereo particle image velocimetry (TSPIV)2014

    • Author(s)
      T. Matsunaga, K. Nishino
    • Organizer
      16th International Symposium on Flow Visualization
    • Place of Presentation
      沖縄コンベンションセンター(沖縄県宜野湾市)
    • Year and Date
      2014-06-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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