2017 Fiscal Year Research-status Report
位相幾何学的手法を用いた廃棄物埋立層の間隙構造と流体の相互作用の解明
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16K00594
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| Research Institution | Center for Environmental Science in Saitama |
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Principal Investigator |
鈴木 和将 埼玉県環境科学国際センター, 資源循環・廃棄物担当, 専門研究員 (70379824)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 廃棄物埋立層 / 数値流体解析 / 安定化有限要素法 / GPGPU / 並列計算 / 間隙構造 / パーシステントホモロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度、複雑な間隙形状に容易に適用できるように、有限要素法を用いた3次元流体解析コードを作成した。しかし、有限要素法は、要素数が多く大規模な流れ解析を行う場合、計算に莫大な時間を要することとなる。実問題に適用していくためには、計算の高速化が求められる。そこで、本年度は、計算の高速化を達成するために、昨年度作成したコードをベースに、GPGPU（General Purpose Graphics Processing Unit）を用いた並列計算のアルゴリズム開発と実装を行った。支配方程式には、非圧縮性Navier-Stokes方程式及び連続の式を用い、これらの支配方程式に対して安定化有限要素法（SUPG/.PSPG法）による離散化を行い、導かれた連立一次方程式の解法にGPBi-CG法を適用した。GPBi-CGの並列化には、NVIDIA社の統合開発環境CUDAと演算ライブラリ（cuBLAS、cuSPARSE）を用いた。GPUスパコンTSUBAMEを利用して高速並列計算によるシミュレーションを行った結果、マルチGPGPUを用いた計算の高速化に成功した。この成果は、第28回廃棄物資源循環学会研究発表会で発表を行った。
また、廃棄物埋立層の間隙構造解析に対しては、廃棄物試料のマイクロフォーカスX線CT画像を画像処理した後、パーシステントダイアグラムを計算し、間隙形状のキャラクタリゼーションを試みた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初予定していなかったマルチGPU計算による数値流体シミュレーションの高速化に時間の大部分をとられてしまった。しかし、計算の高速化が達成できたため、今後の研究がより効率的に進められると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果に基づき、数値シミュレーションにより得られた流体特性とパーシステントホモロジーにより抽出した間隙構造のデータとの相関の探索を推し進める。流体のダイナミクスと間隙形状との関係性を考察しやすいように、より単純な系での流体解析と幾何構造解析も予定している。さらに、トポロジカルな構造データを出発点とした新たな流体挙動予測モデルの定式化を試みたい。
なお、最終年度は、これまでの成果をとりまとめ、論文の執筆に取り掛かる。
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| Causes of Carryover |
平成29年度、計算ワークステーションを購入する予定であったが、東京工業大学のTSUBAME共同利用サービスを利用して数値計算を行った。しかし、繁忙期は、ノードがうまっており、思ったように計算することができなかった。そこで、平成30年度は、共同利用サービスを申し込むとともに、ワークステーションを購入して、計算環境の整備を行う予定である。
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