2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of an interface-capturing method using analytical multidimensional integration of Heaviside function
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17K18836
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
中西 為雄 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (10235799)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | Volume of Fluid / Interface Tracking / Heaviside Function / Dam-break Problem |
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| Outline of Annual Research Achievements |
VOF型界面捕獲法は、各格子セルにおいて、界面を特性関数χ(x,y,z,d)（dは界面位置指標）で近似し、χのセル平均値Cを時間発展的に求める方法である。Cおよび、χのセルへの流束は、χの体積分から計算される。最終的にCと流束はdのみの関数で表される。界面捕獲法を構築する要は、① 体積分が解析的に求まるχを選び、② 精度良く、簡単にCからd、dからχの流束を求めるところにある。筆者は多次元Heaviside 関数の体積分を解析的に求める方法を見出した。本研究の目的は、（a）これに基づく新しい界面捕獲アルゴリズムを創成する、(b) これを応用した気液二相流の高精度シミュレーションツールを構築することである。
研究実施計画の第１段階の内容を計画通りに実施し、予期の成果を得ることができた。具体的に、新しい界面捕獲アルゴリズムのコア部分に関するプログラムを作成・改良し、検証を終えた。剛体キー回転問題および単一渦による界面変形問題に適用し、その有効性を確認した。新しいアルゴリズムは界面法線方向の数値拡散を排除し、界面を１格子間隔で捕え続けることができる。従来の界面を滑らかな特性関数で表す方法と比較して、界面の変形をより正確に再現することができ、質量保存性も優れている。
第２段階の内容を計画通りに実施し、予期の成果を得ることができた。具体的に、新しいアルゴリズムを、筆者が以前に開発した気液界面が存在する２次元非圧縮性流れの解析プログラムに導入した。Dam-break問題を用いて詳細な検証計算を行い、従来の方法に対する本アルゴリズムの優位性を確認した。
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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
研究実施計画の第１段階と第2段階の内容を計画通りに実施し、予期の成果を得ることができた。
平成29年度の研究成果をICCFD10(International Conference on Computational Fluid Dynamics), July 9th-13th 2018, Barcelona, Spainで発表する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度研究の問題点を系統的に整理し、改良を続ける。２次元版のアルゴリズムを３次元版に拡張した気液二相流の高精度シミュレーションツールを構築する。複雑な３次元応用問題を解き、従来の方法に対する優位性を実証する。
これまで得られた成果を系統的に整理し、国内外の学会で発表し、学会誌・学術誌に投稿することにより、研究成果を社会に還元する。必要に応じて、追加検証を行う。また、さらなる発展性についても考察していく。
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| Causes of Carryover |
当初、研究の効率化およびスピードアップを図るために、大学院生1名を研究補助者として研究に参加させる予定であったが、諸事情により実現に至らず、人件費・謝金の支出がなかった。その影響で研究が若干遅れた。重要な研究成果が出始めたのは平成30年1月頃であったので、当初予定してあった研究成果発表の旅費等も使用しなかった。これらは平成30年度で使用する予定である。
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