Development of a multiphysics fluid simulation method: A wavelet viewpoint

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K05139
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Computational science
• Research Institution: Aichi Institute of Technology (2019-2020); Nagoya University (2017-2018)
• Principal Investigator: Okamoto Naoya 愛知工業大学, 工学部, 准教授 (80547414)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 芳松 克則 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (70377802)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ウェーブレット / シミュレーション / 乱流 / VP法

Outline of Final Research Achievements

We developed a numerical method to simulate turbulent flow by applying a wavelet-based denoising to incompressible Euler-equations. It is shown that the computed flow exhibits an intermittent nonlinear dynamics and a -5/3 energy spectrum, characteristic of three-dimensional fully developed turbulence. We have also developed a volume penalization method for inhomogeneous Neumann boundary conditions, which allows us to model scalar flux through walls in geometries of complex shape using simple, e.g. Cartesian, domains for solving governing equations. Further details are shown in the references listed in the report.

Free Research Field

数値流体物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、気象災害や地球温暖化などの環境問題や、省エネルギー社会に向けた、工学的課題の解決が求められている。流体現象の予測や解明には、近年めざましい発展を遂げている計算機を利用した計算科学的手法、特に基礎方程式をモデル化せずに厳密に解く第一原理的な、直接数値計算（DNS）が強力な手段となってきている。しかしながら、応用問題を解く際は系の自由度が莫大なため、現在あるいは予見しうるスーパーコンピュータの性能をもってしてもDNSを実行できない場合も多い。本研究の目的は、信頼性を失うことなく計算コストを減らすための計算手法の開発であり、ウェーブレット等の先進的な数学的手法の学術的応用の成果が得られている。