Development of parallel solvers with spectral-like resolution for three-dimensional incompressible turbulence
| Project/Area Number |
21K11927
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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 60100:Computational science-related
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| Research Institution | Aichi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岡本 直也 愛知工業大学, 工学部, 准教授 (80547414)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2022: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
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| Keywords | 乱流 / 並列計算 / DNS / スペクトル法 / 倍精度 / 単精度 / 非圧縮 |
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| Outline of Research at the Start |
大気・海洋などの地球規模流動現象や、身の周りの流れは、乱れた流れの状態（乱流状態）になっている。乱流研究の挑戦的目標の１つは、乱流に共通する普遍的な性質を解明し、その知見を個別の乱流現象に役立てることにある。従来のフーリエ・スペクトル法による高精度な乱流の数値計算はその目標に資するものであるが、今後ますますの超並列計算時代にむけ、信頼性を失うことなく可能な限り計算コストの低いスキームの開発が重要であると考えられる。本研究では、スペクトル的解像度をもつ高精度な差分法に基づいた3次元非圧縮乱流の高効率な並列ソルバーを開発し、その有効性を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
乱流は乱れが強いことが本質であり，その強さを表すレイノルズ数が大きくなるほど，シミュレーションを行う際に扱う速度の大きさのスケール比が増大する。このことから，高レイノルズ数乱流ほど計算の精度がシミュレーション結果に与える影響が増大すると予想される。ただ，仮に影響があるとしても，どの程度のレイノルズ数から影響があるのか，どのくらいのシミュレーション時間から影響があるか，どの統計に影響があるかについての知見が，従来研究を調査しても必ずしも十分ではないと考えられる。
本年度は，精度に関するものとして倍精度，単精度の違いをとりあげ，従来に開発済の乱流DNSの倍精度スペクトル法に加え，本年度は単精度スペクトル法のDNSコードを開発し，精度が乱流DNSの結果に与える影響を富岳上で評価した。対象とする乱流は周期境界条件下の3次元一様等方性乱流であり，小スケールを励起し続けるため大スケールにおける外力を negative viscosity により与えた。乱流におけるエネルギー散逸率やエンストロフィーの統計量(n次モーメントや空間的最大値)を調べたところ，低レイノルズ数乱流においては次数（n=1,2,...7）によらず(空間的最大値も含め)，倍精度・単精度の違いは小さかったが，レイノルズ数の大きい場合は，次数の低い統計は精度の影響が小さいが，次数の大きい統計は(空間的最大値も含め)，単精度DNSの結果は倍精度DNSの結果を過少評価する傾向があることがわかった。この結果は，乱流シミュレーションの際に，精度の違いに敏感な量を明らかにしている。したがって本年度の成果は，シミュレーションによって得られた統計のうち，何は信頼できて何は信頼できないかを知る上で重要である。また，精度の違いは計算コストにも大きな影響を与えることから，計算コストの知見を与えている点においても意義深いと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コードの開発や実行がされ、精度がシミュレーション結果に与える影響に関する知見が得られているため。HPCI利用研究成果集に掲載された文献があるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
現状の結果を論文としてまとめるほか，今回得られたDNS結果を利用して新しいDNSや解析を推進する。
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Report
(2 results)
Research Products
(1 results)
