| Project/Area Number |
21K11911
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60090:High performance computing-related
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
杉原 健太 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (80621929)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小野寺 直幸 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (50614484)
山下 晋 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (80586272)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 気液二相流 / Phase Field / Multi-Phase Field / GPU計算 / GPU / 多相流解析 / 沸騰 / Phase field |
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| Outline of Research at the Start |
多数の気泡が含まれるような多相流れの挙動解明に向け、Graphic Processing Unit(GPU) を多数利用したスーパーコンピュータによる大規模並列計算を利用した数百億格子規模の多相流体解析コードを開発する。沸騰水内の熱流動挙動において重要となる沸騰・凝縮などの相変化現象を再現するために気泡の圧縮性や気液界面を考慮した数値流体計算手法を活用する。大規模並列計算手法としてステンシル計算向けのGPU最適化フレームワークや適合細分化格子(AMR)法などといった最先端の計算機技術を活用することで解析を大幅に高速化し、実機を対象とした沸騰水内の熱流動挙動の解析を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は、前年度に実施したバンドル体系の気泡流解析において明らかとなった非物理的な気泡合体問題の解決に向けた界面モデルの改良を実施した。気液界面を記述する界面捕獲法には界面同士が近接した場合に数値的に合体してしまうという特性があるため、多数の気泡を含む気液二相流の流動様式を正確に予測する上で課題となる。実験的に観測されるような気泡同士の反発を計算で再現するためには、界面近傍の格子解像度を気泡径の1/1600以下にする必要があるが、実際の問題においてこのような高解像度の計算を行うことは困難である。この問題を解決するために、各気泡に独立した流体率関数を適用することで気泡の合体を制限するMulti-Phase Field(MPF)法を導入した。上記手法を多数の気泡を含む流れに適用するためには使用メモリ量を削減するための工夫が必要となる。そこでGPUスーパーコンピュタで効率的に処理可能なOrdered Active Parameter Tracking(OAPT)法を適用し、153個の気泡を６個程度のメモリ層に保存するだけでナイーブな実装と比べて消費メモリサイズと計算コストが１桁削減された。開発したGPU計算コードの基礎検証として円管内気泡流計算を実施し、実験結果との比較検証を行った結果、気泡の数値的合体を回避することに成功し、気泡分布や空気および水の流速分布に関して妥当な一致が確認された。本研究は界面捕獲法を用いた気液二相流計算技術の高度化だけでなく、原子力工学や様々な産業分野の気泡を含む流れ解析の基盤技術確立に繋がる。
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