2016 Fiscal Year Annual Research Report
乱流中での球形および非球形大粒子の衝突機構に対する数値研究
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16H04271
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
大西 領 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球情報基盤センター, グループリーダー (30414361)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 伸太郎 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50372628)
松田 景吾 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球情報基盤センター, 研究員 (50633880)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 混相乱流 / 粒子解像計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者の所属する海洋研究開発機構のグループの有する大規模混相乱流に対する直接数値計算法（DNS法）に関する知見・経験と、研究分担者の所属する大阪大学のグループの有するImmersed Bundary法（IB法）に関する知見と経験を元に、将来の超並列計算を見据えた大規模並列粒子解像DNSコードを新規開発した。具体的には、有限差分法に基づきナビエーストークス方程式を解く流体計算コードと、粒子運動をラグラジアン追跡法に基づき計算するコードを開発した。その中では、粒子を質点として扱うのではなく、IB法を用いることによって粒子を解像した上で、流体と粒子間の相互作用を直接計算する。３次元領域分割による分散並列計算に対応できるようにしたことで大規模並列計算が可能である。開発したコードを用いて球形大粒子シミュレーションに適用し、既往研究と比較して、正確な抵抗係数を得られることを確認した。また、最大で1000プロセスを用いた大規模並列計算を実施し、並列計算の検証を行った。これにより、大粒子の乱流衝突機構の解明のための重要なツールを得ることができた。一方で、開発した混相乱流計算コードは、２粒子の間隙が計算格子と同等程度以下になった場合に、その間隙内の流体現象を正しく表現できなくなり、潤滑層反発力を過小評価してしまう。それを回避するために、解像できない潤滑層反発力を補うためのモデルの開発を行った。開発した潤滑層モデルは、レイノルズ方程式に基づき間隙内の流体運動を推定する。２軸潤滑シャフトに対してその信頼性を確認した。
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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
初年度の中心課題であった大規模並列・粒子解像DNSコードを新規開発を予定通り行った。また、潤滑層モデルの開発も行った。当初予定していたIB法に特化した簡易衝突検出法の開発は次年度以降に先送りしたものの、開発したDNSコードを用いた計算に関しては想定以上の進捗があった。具体的には、球形大粒子の抵抗係数に関する検証だけでなく、大規模並列計算試験も行うことができた。以上、総合的に考えて、順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は海洋研究開発機構と大阪大学の共同課題である。両者の知見と経験を積極的に共有するために、お互いが定期的に訪問し合い、研究会のような形で議論を展開していく。平成２９年度には、大規模並列・粒子解像DNSコードと潤滑層反発モデルの開発と検証を継続するだけでなく、IB法に特化した簡易衝突検出法の開発を開始する。粒子レイノルズ数が１程度よりも小さい球形粒子だけでなく、球形大粒子のシミュレーションや非球形粒子のシミュレーションも開始する。
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