| Project/Area Number |
23KJ0107
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
金子 紗弓 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-04-25 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | 時空間超解像計測 / モード分解 |
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| Outline of Research at the Start |
速度場の物理的挙動，つまりダイナミクスを考慮するデータ駆動型アルゴリズムを開発することで、実験で取得した非時間解像速度場データから高時空間解像度の速度場データを推定し、超音速噴流の音響波発生メカニズムを解明する。令和5年度においては速度場の複数時間シフト計測と周波数ごとのモード分解を利用して2次元での時空間超解像計測を行う。令和6年度においては複数平面での速度場データの同時計測から、噴流の円周方向の速度場変化を推定することで3次元での時空間超解像計測を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
「速度場のダイナミクスに着目に着目した時空間超解像計測手法の提案と超音速噴流の音響波発生メカニズムの解明」という学振申請時に設定したテーマに対し、昨年度は、時間分解能・空間分解能それぞれを向上させる手法の開発に取り組んだ．
まず、時間分解能を向上させるために開発した手法は、複数の微小時間間隔のペアのデータを統合させることで、時間分解能が低いデータから高時間分解能のデータを推定する手法である．この手法を実証するために実験データに提案手法を適用したところ、本来の時間分解能のデータからは取得することができないSPODモード(周波数ごとに主要な構造を示す)を取得した．これを十分に時間分解能が高いデータから取得したSPODモード(正解データ)と比較し、誤差を算出したところ、現象のエネルギーが高い周波数のSPODモードは精度良く取得できていることが分かった．
次に、空間分解能を向上させるために開発した手法は、従来のノイズ除去手法であるRPCAを拡張させたgappy RPCAという手法である．この手法は従来手法よりも速度場計測の際に発生するノイズをよりロバストに除去することで、高空間分解能での速度場計測を可能にする．この検証には、翼周りの剥離現象のCFDデータから作成された人工粒子画像を用いた．再構成誤差・統計量誤差の2つの観点で提案手法のノイズロバスト性を調査した結果、従来手法と比較して本来の流体構造を削ることなく，かつロバストにノイズ除去を行えることが明らかになった．
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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
「速度場のダイナミクスに着目に着目した時空間超解像計測手法の提案と超音速噴流の音響波発生メカニズムの解明」という学振申請時に設定した3つのサブテーマに対する進捗状況は2/3であり、おおむね順調に進展していると考えられる．一つ目サブテーマである「速度場のダイナミクスに着目に着目した時空間超解像計測手法の提案と超音速噴流の音響波発生メカニズムの解明」に関しては、すでに成果を国際学会・国内学会において報告しており、論文も投稿中である．二つ目のサブテーマである「複数時間シフトPIV計測とSPODを用いた2次元超解像度再構成」に関しては、今年の7月に成果を国内学会において報告する予定であり．論文の執筆も進めていく予定である．三つ目のサブテーマである「複数平面PIV計測による3次元超解像度再構成」に関しては、研究室引っ越しにより、現状実験の機材などが使用できる状況にないため、一つ目のサブテーマを拡張した内容のサブテーマを新たに設定し、研究に取り組んでいる状況である．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はまず、本研究課題の3つ目のサブテーマとして新たに設定した「非線形のダイナミクスに着目した時空間超解像計測手法の提案と超音速噴流の音響波発生メカニズムの解明」について残りの採用期間で取り組んでいく予定である．このサブテーマは申請時に設定いていた3つ目のサブテーマの代わりとして、一つ目のサブテーマを拡張させたテーマである．具体的には、一つ目のサブテーマでは線形ベースの機械学習により時空間超解像計測を行っていたが、これを拡張させて非線形ベースの機械学習(ニューラルネットワークなど)により時空間超解像計測を行う．これにより一つ目のサブテーマでの時空間超解像計測の精度を大きく上回る結果が得られることが期待できる．
これに加えて、二つ目のサブテーマの成果報告(学会発表、論文執筆)も進めていく．
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