| Project/Area Number |
24K14973
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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)
Sitompul Yos・Panagaman 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 (90976945)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 気液二相流 / Multi-Phase Field法 / 気泡合体モデル / 気泡流 / 界面捕獲法 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では原子力気液二相流体解析における気泡流、スラグ流、チャーン流、環状噴霧流までの界面挙動をシームレスに表現可能な新しい気液界面モデルを開発する。VOF法やPF法のような既存の界面捕獲手法では、接近した気泡同士は非物理的に合体してしまうため、連鎖的に発生する気泡合体によってボイド率の解析精度が著しく低下してしまう。そこで、多数の相を計算できようにPF法を拡張したMPF法をベースとした物理的に妥当な気泡合体モデルを開発することで原子力気液二相流の解析精度向上を目指す。多数の気泡を含む流れの解析には大規模計算が必須となるためGPUスパコンを利用した解析コードを開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、本研究の基盤となるGPUスパコン向けの気液二相流計算コードの開発を行った。従来の界面捕獲法では、気泡同士の合体が連鎖的に発生し、実際よりも大きな気泡径が数値的に予測されるという問題があった。これを解決するために、Multi-Phase Field法を導入し、不要な気泡合体を数値的に抑制することで、ボイド率や流動様式の予測精度を向上させた。特に多数の気泡を扱う際には、GPUメモリの制約がボトルネックとなるため、省メモリ化手法としてOrdered Active Parameter Tracking（OAPT）法を適用し、メモリアクセスの効率を改善した。
コードの検証として、円筒内を上昇する気泡流の解析を実施したところ、ボイド率分布や流速分布が、既存の実験データと良好な一致を示し、モデルの妥当性が確認できた。さらに、関連技術として弱圧縮性を仮定した半陰解法を組み込むことで、圧力Poisson方程式の反復回数を従来の約1/4にまで削減することに成功し、計算効率の大幅な向上を達成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初計画において、本年度に予定していた本研究課題の基礎となるGPUスパコン用の計算コードの開発が完了した。また、次年度に予定していた気泡合体モデルの開発にすでに着手しており、気泡合体モデルの試作及び検証も進んでいることから、当初の計画以上に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
原子力流体解析において重要となる気液二相流の流動様式、気泡流、スラグ流、チャーン流、環状流の解析精度向上に向けて、引き続きMulti-Phase Field法をベースとした新たな界面モデルの開発を進める。次年度は開発コードに臨界Weber数モデルに基づいた気泡合体モデルを導入し、気泡流解析結果を実験結果と比較・検証する予定である。また、気泡が分裂した際にはConnected Component Labeling技術によってMulti-Phase Field法の気泡IDを再割り当てする処理を行う。最終年度には予定通り、高ボイド率の流動様式にも対応させることにより、低ボイド率から高ボイド率までの各種流量様式をシームレスに解析可能な新しい界面捕獲法を完成させる予定である。
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