2018 Fiscal Year Research-status Report
Accurate interface capturing for two-phase flow simulation with immersed boundary method
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18K03937
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
高橋 俊 東海大学, 工学部, 准教授 (60553930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福田 紘大 東海大学, 工学部, 准教授 (60401684)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 混相流 / 数値流体解析 / モデル化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
埋め込み境界法を用いた流体解析法を工学問題に応用するため，界面捕獲法と流体解析法の検討と開発を行なった．最終目標は研究計画で述べたように，①エンジン内部で消費されるエンジンオイルの予測モデル，②ヒートパイプ内部の過熱予測モデル，③ウェット路面上のタイヤの摩擦予測モデル，④ショットピーニングの衝突予測モデル等の，混相流が工学的に重要となる現象における数理モデル開発であり，これらの解析に必要な二相流解析法を研究開発することである．2018年度はこれら4つの課題に対して取り組み，①レベルセット法を用いたオイル消費量の定量予測の初期検討，②三次元ヒートパイプ内部二相流動解析，③二相流－構造連成解析，④衝突数理モデルの開発を実施した．工学的応用を最終目的としたマイルストーンに，A保存性向上，B疑似速度抑制，Cカットセル，D解適合細分化の4つを挙げていたが，C以外に取り組んだ結果，現在はAに注力している．ただし工学的応用という観点では計算が迅速に終わることは必須であり，単純な低次元モデルに数理モデルを導入した解析ツールも開発中であり，埋め込み境界法による高精度の解はこの低次元解析ツールの高精度化に用いる予定である．解析ツールの他にも本研究では埋め込み境界法に基づくメカニズム解明も研究対象であることから，そちらも合わせて進めていく．しかし二相流解析はコストが高く非線形性も非常に強いため簡易な実験の結果であっても予測することは容易では無い．そこで低次元解析ツールである程度結果の予測を立てた上で埋め込み境界法の解析により詳細なメカニズムを調査するという流れを考えている．このように当初立てた予定とは少し異なる方法論とはなったものの，最終目標の工学応用には着々と近づいていることは間違いない．
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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
当初の最終目的は①エンジン内部で消費されるエンジンオイルの予測モデル，②ヒートパイプ内部の過熱予測モデル，③ウェット路面上のタイヤの摩擦予測モデル，④ショットピーニングの衝突予測モデル等の，混相流が工学的に重要となる現象における数理モデル開発であり，これらの解析に必要な二相流解析法を研究開発することと位置づけていた．これらに対して以前は埋め込み境界法並びに気液二相流解析法を高精度化，高度化することで工学的なモデル構築とメカニズム解明がなされると考えていたが，これらの現象の非線形性が非常に高く，かつ数値流体解析を基礎とした数値解析法による予測は非常に高コストとなるため，何らかの変数に対して傾向を捉えることすら容易では無い．そこで本研究では最も自由度が高い埋め込み境界法に加えて，低次元化したモデルのツールも合わせて開発し，それらの両面から実現象のメカニズム把握と実験との比較に基づいた数理予測モデル構築を行っている．低次元化モデルは詳細なメカニズムは当然わからないものの計算コストが小さいことから膨大な数の解析を行うことができ，含まれる変数に対する傾向を議論すること等に役立つ．そこで着目すべき変数を絞り込むことで埋め込み境界法による解析を実施し，より詳細なメカニズムを明らかにするという流れで現在研究を行なっている．当初の研究の進め方とは異なるものの，おおむね順調な研究の発展と考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在は埋め込み境界法による解析法の高度化の他に低次元モデルのツール開発を行なっている．前者は様々な類似の先行研究もあり，最終的には自由度を大きくしてその内部に含まれる普遍的なメカニズムの調査を行うわけであるが，工学的観点ではその重要性はさほど高くない．加えて混相流の普遍的なメカニズムを探すことは容易では無く，体系的に研究を進めた結果，適当な範囲内におけるメカニズムを解明した，という結論になることが多い．そこで本研究では低次元化ツールと埋め込み境界法の多自由度解析法を組み合わせて，気液二相熱流体の数値予測を行う．対象となる①エンジン内部で消費されるエンジンオイルの予測モデル，②ヒートパイプ内部の過熱予測モデル，③ウェット路面上のタイヤの摩擦予測モデル，④ショットピーニングの衝突予測モデルについては，それぞれ①二次元液膜モデル，②一次元管内モデル，③潤滑領域限定連成モデル，④衝突再現モデルを検討し，最終目的によりスムーズに到達するための実現象の再現がある程度行えてかつ数値流体解析と実験との間を取りなす低次元モデルを研究開発する予定である．
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| Causes of Carryover |
旅費が予定よりも安く済んだことと研究を一旦まとめた方がいいという判断から，旅費が少なくなった分だけ論文の英文校閲料等に使用したが，うまく調節が出来なかった．次年度はその分を旅費と論文作成，投稿の経費として使用する．
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