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Molecular Dynamics Study on Complex Fluid with Impurities and Bubbles

Research Project

Project/Area Number 15K05201
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Mathematical physics/Fundamental condensed matter physics
Research InstitutionKeio University (2019)
The University of Tokyo (2015-2018)

Principal Investigator

Watanabe Hiroshi  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50377777)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2018: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2015: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywords分子動力学法 / 複雑流体 / ハイパフォーマンスコンピューティング / キャビテーション / モンテカルロ法 / ビット演算 / 乱数生成 / 高分子 / SIMD / 熱浴 / Nose-Hoover法 / 温度制御 / ランジュバン方程式 / 気泡生成 / 並列計算
Outline of Final Research Achievements

The behavior of complex fluids, which contains polymers or bubbles, was investigated by molecular dynamics simulations. We have studied the Kalman vortexes occurring at the rear of the cylinder and found that the vortexes become blurred for fluid with polymers. This phenomenon did not occur when the length of the polymer was short, indicating that the length of the polymer was important. In a flow with bubble formation, the position of the vortex generation shifted to the rear and the reaction from the vortexes on the cylinder disappears. These findings can only be obtained by studying the molecular scale by molecular dynamics methods.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

流体は、ごく微量の不純物が混ざるだけでその物性を大きく変えることが知られている。工学応用上、その振る舞いを理解することは非常に重要であるが、不純物と流体を構成する分子との相互作用がミクロスケールであるのに対し、結果として現れる流れがマクロスケールであることから、解析が難しかった。本研究は大規模シミュレーションによりそのスケール差を克服することに成功し、複雑流体の性質について新たな知見を与えた。

Report

(6 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • 2015 Research-status Report
  • Research Products

    (30 results)

All 2020 2019 2018 2017 2016 2015

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 4 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Effects of cavitation on Karman vortex behind circular-cylinder arrays: A molecular dynamics study2020

    • Author(s)
      Asano Yuta、Watanabe Hiroshi、Noguchi Hiroshi
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 152 Issue: 3 Pages: 034501-034501

    • DOI

      10.1063/1.5138212

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  • [Journal Article] Finite-Size Effects on Karman Vortex in Molecular Dynamics Simulation2019

    • Author(s)
      Asano Yuta、Watanabe Hiroshi、Noguchi Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 88 Issue: 7 Pages: 075003-075003

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.075003

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  • [Journal Article] SIMD Vectorization for the Lennard-Jones Potential with AVX2 and AVX-512 instructions2019

    • Author(s)
      Hiroshi Watanabe and Koh M. Nakagawa
    • Journal Title

      Computer Physics Communications

      Volume: 237 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2018.10.028

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  • [Journal Article] Fast algorithm for generating random bit strings and multispin coding for directed percolation2019

    • Author(s)
      Hiroshi Watanabe, Satoshi Morita, Synge Todo, Naoki Kawashima
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 88 Issue: 2 Pages: 024004-024004

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.024004

    • NAID

      210000135088

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  • [Journal Article] Stability of velocity-Verlet- and Liouville-operator-derived algorithms to integrate non-Hamiltonian systems2018

    • Author(s)
      Hiroshi Watanabe
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 149 Issue: 15 Pages: 154101-154101

    • DOI

      10.1063/1.5030034

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Polymer effects on K?rm?n vortex: Molecular dynamics study2018

    • Author(s)
      Asano Yuta、Watanabe Hiroshi、Noguchi Hiroshi
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 148 Issue: 14 Pages: 144901-144901

    • DOI

      10.1063/1.5024010

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  • [Journal Article] Failure of Deterministic and Stochastic Thermostats to Control Temperature of Molecular Systems2017

    • Author(s)
      Watanabe Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 86 Issue: 7 Pages: 075004-075004

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.075004

    • NAID

      210000134457

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  • [Journal Article] Ripening Kinetics of Bubbles: A Molecular Dynamics Study2016

    • Author(s)
      Hiroshi Watanabe, Hajime Inaoka, and Nobuyasu Ito
    • Journal Title

      J. Chem. Phys.

      Volume: 145 Issue: 12 Pages: 124707-124707

    • DOI

      10.1063/1.4963160

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      渡辺宙志、森田悟史、本山裕一、川島直輝
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      渡辺宙志
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      渡辺宙志
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      日本物理学会第72回年次大会
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      大阪大学(大阪府吹田市)
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      2017-03-19
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  • [Presentation] 分子動力学法を用いた希薄高分子溶液の流れ解析2017

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      浅野優太、渡辺宙志、野口博司
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      日本物理学会第72回年次大会
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      大阪大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2017-03-18
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  • [Presentation] スパコンでできること、できないこと2017

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      渡辺宙志
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  • [Presentation] スパコンでできること、できないこと2017

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      渡辺宙志
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      柏キャンパス一般公開特別講演会
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  • [Presentation] 離散ウェーブレット変換を用いた分子動力学法データの圧縮2017

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      渡辺宙志
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  • [Presentation] 非一様系における温度制御2016

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      渡辺宙志
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      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学 (石川県金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-16
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  • [Presentation] 超並列分子動力学シミュレーションによる複雑流体の解析2016

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      渡辺宙志、野口博司
    • Organizer
      ポスト「京」萌芽的課題キックオフミーティング
    • Place of Presentation
      東北大学金属材料研究所 (宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-09-09
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  • [Presentation] Temperature control of an inhomogeneous system with a thermostat2016

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      Hiroshi Watanabe
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      International Workshop on Complex Phenomena from Molecule to Society
    • Place of Presentation
      東京大学 (東京都文京区)
    • Year and Date
      2016-08-23
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 気泡生成過程におけるKinetic equiationの直接測定2016

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      渡辺宙志
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      日本物理学会第71回年次大会
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      東北学院大学(宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-20
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  • [Presentation] 多重気泡生成過程における気泡間相互作用の数値的解析2016

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      日本学術会議公開シンポジウム「物性物理学・一般物理学分野の展開と大型研究計画」
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      日本学術会議事務局 (東京都・港区)
    • Year and Date
      2016-03-11
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  • [Presentation] 短距離古典分子動力学法の「京」に向けた最適化2015

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      渡辺宙志
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      平成27年度「京」における高速化ワークショップ
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      秋葉原UDX (東京都・千代田区)
    • Year and Date
      2015-12-18
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  • [Presentation] 多重気泡生成過程における気泡間相互作用の数値的解析2015

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      渡辺宙志
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      第6回CMSI研究会
    • Place of Presentation
      東京大学本郷キャンパス (東京都・文京区)
    • Year and Date
      2015-12-07
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  • [Presentation] Molecular dynamics simulation of Ostwald ripening in multiple-bubble nucleation2015

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      Hiroshi Watanabe
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      The CASSIA 3rd workshop - International workshop on complex phenomena from molecule to society
    • Place of Presentation
      東京大学本郷キャンパス (東京都・文京区)
    • Year and Date
      2015-11-24
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Scalable and Highly SIMD-vectorized Molecular Dynamics Simulation Involving Multiple Bubble Nuclei2015

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      Hiroshi Watanabe, Satoshi Morita, Hajime Inaoka, Haruhiko Matsuo, Synge Todo, and Nobuyasu Ito
    • Organizer
      SC15
    • Place of Presentation
      Austin (アメリカ)
    • Year and Date
      2015-11-17
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 一般化Langevin方程式における温度とH定理2015

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      渡辺宙志
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      日本物理学会2015年秋季大会
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      関西大学 千里山キャンパス (大阪府・吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-17
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  • [Presentation] 多重気泡生成過程のペタスケール分子動力学シミュレーション2015

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      ソフトダイナミクス研究会
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所 (千葉県・柏市)
    • Year and Date
      2015-04-02
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  • [Book] 計算科学のためのHPC技術12017

    • Author(s)
      下司雅章 編/片桐孝洋,中田真秀,渡辺宙志,山本有作,吉井範行,Jaewoon Jung,杉田有治,石村和也,大石進一,関根晃太,森倉悠介,黒田久泰 著
    • Total Pages
      300
    • Publisher
      大阪大学出版会
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      2016 Research-status Report

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Published: 2015-04-16   Modified: 2021-02-19  

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