スーパーコンピュータと実験風洞を統合したハイブリッド風洞システムの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555053
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 早瀬 敏幸 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30135313)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065) ; 井小萩 利明 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90091652) ; 小濱 泰昭 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60006202) ; 福西 祐 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60189967)
• Keywords: 実験数値流体力学 / 実験風洞 / 数値風洞 / ハイブリッド風洞 / 流れ場のオブザーバ / 流れ場の解析手法 / スーパーコンピュータ / カルマン渦

Research Abstract

数値実験は、流れ場全体の詳細な構造を把握できる長所をもつものの、現在の最高性能の計算機を用いたとしても、工業上重要な種々の流れ場を正確に再現することは、計算時間とメモリ容量の制約から困難である。一方、風洞実験は、流れの正確な情報は得られるものの、測定点数などの制約から、非定常、3次元の流れ場の構造を正確に把握することは困難である。本研究は、従来、数値実験と風洞実験を独立に行った場合には解析が困難であった複雑な流れ場に対する問題解決の手段を確立するため、数値実験と風洞実験を統合したハイブリッド風洞システムを開発するとともに、その有効性を検証することを目的とする。
本年度は、代表的な流れの問題に対してハイブリッド風洞システムの最適化を行った。小型の風洞実験装置と、東北大学流体科学研究所のスーパーコンピュータシステムは、毎秒1ギガビットの転送速度を持つ高速ネットワークにより結合されている。一様流中に置かれた角柱後流に発生するカルマン渦列に対して、圧力変換器による角柱側壁圧力の実測データをフィードバックすることにより、カルマン渦の発振周波数が比較的粗い格子系の数値解析によって予測できることは、既に昨年度の検討により明らかにされている。本年度は、角柱の二つの側壁の圧力をフィードバックすることにより、非定常な流れ場の構造をハイブリッド風洞を用いて解析することが可能となることを明らかにした。またリアルタイム処理の実現のため、数値計算コードの並列化による数値計算の高速化を行った。また、応用として生体内の血流の制御や、流れ場のフィードバック制御による輸送機器の抵抗低減の問題について検討を行い、ハイブリッド風洞による解析の可能性についての知見を得た。

Research Products

• [Publications] Toshiyuki Hayase: "Effect of Initial Axial Strain of Collapsible Tube on Self-Excited Oscillation"JSME Interantional Journal,Ser.C. 43-4. 882-888 (2000)
• [Publications] Toshiyuki Hayase: "Effect of Initial Tube Strain on Self-Excited Oscillation of Collapsible Tube Flow"International Mechanical Engineering Congress & Exposition. BED-Vol.48. 117-118 (2000)
• [Publications] Toshiyuki Hayase: "Stability Analysis of Collapsible Tube Flow"Proceedings of Sixth Triennal International Simposium on Fluid Control, Measurement and Visualization. No.69. 1-6 (2000)
• [Publications] 早瀬敏幸: "機能流体システム"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. Vol.V. 145-146 (2000)
• [Publications] 早瀬敏幸: "T-S波の抑制に関する数値シミュレーション"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. Vol.IV. 299-300 (2000)
• [Publications] 早瀬敏幸: "実験風洞と数値解析を統合したハイブリッド風洞に関する基礎的研究(カルマン渦列の解析)"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. Vol.IV. 303-304 (2000)
• [Publications] Toshiyuki Hayase: "Aerodynamic Drag Reduction by Feedback Control of Flow Field"Proceedings of Sixth Triennal International Simposium on Fluid Control, Measurement and Visualization. No.60. 1-6 (2000)
• [Publications] 早瀬敏幸: "車両周りの流れ場のフィードバック制御(制御パラメータの影響)"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. Vol.IV. 301-302 (2000)
• [Publications] Toshiyuki Hayase: "Suppression of Micro Stick-Slip Vibrations in Hydraulic Servo System"Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Transactions of ASME. 122-2. 249-256 (2000)
• [Publications] Toshiyuki Hayase: "Verification of One-Dimensional Models of Collapsible Tube Flow Based on Three-Dimensional Calculation of Tube Deformation"Reports of the Institute of Fluid Science, Tohoku University. 12. 23-33 (2000)
• [Publications] 早瀬敏幸: "コラプシブルチューブの自励振動におけるチューブの軸方向初期ひずみの影響(数値シミュレーション)"日本機械学会第12回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 99-37. 187-188 (2000)
• [Publications] Yasuaki Kohama: "Numerical Analysis of Ground Effects on Two Dimensional Tandem Aerofoils by the Vortex Method"Proceedings of Workshop on Drag Reduction of Aircraft and Ground Transportation. 18-19 (2000)
• [Publications] Yasuaki Kohama: "Possibility of Passive Control on the Swept Flat Plate"Proceedings of Workshop on Drag Reduction of Aircraft and Ground Transportation. 2-3 (2000)
• [Publications] Yasuaki Kohama: "Evaluation of the Transport System in Relation to Environmental Problem"Proceedings of Workshop on Drag Reduction of Aircraft and Ground Transportation. 12-13 (2000)
• [Publications] 小濱泰昭: "風洞縮流部流れの境界層遷移に関する研究"日本機械学会東北支部35期総会・講演会 講演論文集. 6-7 (2000)
• [Publications] 小濱泰昭: "地面効果翼機の飛行安定性に関する研究"日本航空宇宙学会北部支部2000年講演会. 101-106 (2000)
• [Publications] 小濱泰昭: "後退翼境界層の乱流遷移における撹乱の成長"日本機械学会東北支部35期総会・講演会 講演論文集. 8-9 (2000)
• [Publications] 小濱泰昭: "地面効果翼機の安定浮上制御"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. Vol.IV. 297-298 (2000)
• [Publications] 井小萩利明: "気泡崩壊および液滴衝突による材料変形挙動の数値的研究"ターボ機械協会誌. 28巻2号. 37-46 (2000)
• [Publications] 井小萩利明: "LESによる圧縮性平板境界層の乱流遷移に関する研究"日本機械学会論文集(B編). 66巻651号. 2788-2793 (2000)
• [Publications] 井小萩利明: "超音速圧縮コーナーにおける衝撃波と乱流境界層の非定常干渉のLarge Eddy Simulation"日本機械学会論文集(B編). 66巻651号. 2794-2799 (2000)
• [Publications] Toshiaki Ikohagi: "Numerical Analysis of Cavitating Flow through a 2-D Decelerating Cascade"Proc.1st International Conference on Computational Fluid Dynamics. 1-6 (2000)
• [Publications] Toshiaki Ikohagi: "Frequency Characteristics of Pigeon Flight Feather"Proceedings of the SEM IX International Congress on Experimental Mechanics,Orland. 213-216 (2000)
• [Publications] Toshiaki Ikohagi: "Flow Induced Surface Disintegration of Liquid in a Cylindrical Container"Proceedings of Emerging Technologies in Fluids, Structures and Fluid/Structure Interactions. 2. 119-126 (2000)
• [Publications] 高木敏行: "ノイズを含む渦流探傷信号の逆問題解析"日本機械学会論文集A編. 66巻641号. 63-70 (2000)
• [Publications] 高木敏行: "熱電変換素子を用いた形状記憶合金アクチュエータ"日本AEM学会誌. 8巻3号. 395-402 (2000)
• [Publications] 高木敏行: "強磁性を有する形状記憶合金の最近の研究の展開"日本AEM学会誌. 8巻4号. 445-453 (2000)
• [Publications] Toshiyuki Takagi: "Fast Signal Prediction of Noised Signals in Eddy Current Testing"IEEE Trans.Magnetics. 36巻4号. 1719-1723 (2000)
• [Publications] Toshiyuki Takagi: "Reversible Structural Phase Transition in Ni-Mn-Ga Alloys in Magnetic Field"JETP Letters. 72巻7号. 373-376 (2000)
• [Publications] Toshiyuki Takagi: "ECT Round-robin Test for Steam Generator Tubes"日本AEM学会誌. 8巻1号. 121-129 (2000)
• [Publications] Yu Fukunishi: "Active Control of Boundary-Layer Transition Using a Thin Actuator"JSME International Journal, Series B. Vol.41,1. 24-29 (2001)
• [Publications] 福西祐: "PIV法及びPTV法の組み合わせによるアブレシブウォータージェットの速度測定"日本機械学会論文集B編. 66巻641号. 50-56 (2000)
• [Publications] 福西祐: "ビエゾフィルムを用いたキャビティ騒音の能動制御"ながれ,日本流体力学会誌. 19巻3号. 200-206 (2000)
• [Publications] Yu Fukunishi: "Numerical study of excitation of streamline curvatureinstability in three-dimensional boundary layer on a yawed cylinder, Laminar-Turbulent Transition"Proc.of IUTAM Symp., Sedona, Arizona, U.S.A.. 613-618 (2000)
• [Publications] Yu Fukunishi: "Generation of oblique waves in a Blasius boundary layer by thin Piezo-film actuators attached to the wall surface, Laminar-Turbulent Transition"Proc.of IUTAM Symp., Sedona, Arizona, U.S.A.. 301-306 (2000)
• [Publications] 福西祐: "アクチュエータの微小な動きによる境界層中の斜行波の生成"第49回理論応用力学講演会講演論文集. 411-412 (2000)