2020 Fiscal Year Annual Research Report
大規模固体－流体連成シミュレーションのための数値解析アルゴリズムの開発
| Project/Area Number |
19J22534
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
森 勇稀 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
|
| Keywords | 混相流 / DEM-CFD法 / 数値解析 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は大規模固体-流体連成シミュレーションのための数値解析アルゴリズムの開発として、主に非球形粒子を伴う固体-流体連成数値解析手法の開発に注力した。固体-流体連成シミュレーションにおいては固相粒子を離散要素法(DEM)、流体相を数値流体力学(CFD)によって解析するEuler-Lagrange的手法であるDEM-CFD法が広く用いられるが、この手法は複雑形状壁面を保有する体系の数値解析が困難であるという問題を抱えていた。著者らはこの問題を解決するため、符号付距離関数(SDF)および埋め込み境界法(IBM)による壁面モデルおよび流体抗力を陰的に解く手法を組み合わせることにより、Flexible Eulerian-Lagrangian Method with an Implicit algorithm (FELMI)の開発を行った。FELMIにより、移動壁面などの複雑な壁面を持つ体系を安定かつ精度良く模擬することが可能となった。このように、数値解析の応用範囲は近年拡大しているが、固体-流体連成問題の数値解析では粒子の非球形性を考慮したシミュレーションの応用範囲がいまだ限られているという問題があった。そこで本研究では、FELMIによる数値解析に対して楕円体粒子モデルを適用することで、移動壁面などの複雑な壁面を伴う非球形粒子を用いた固体-流体混相流シミュレーション手法の開発を行った。本年度の研究成果として、3件の国内学会で学会発表を行い、2件の学会賞を受賞した。また、3報の筆頭著者論文報および1報の共同著者論文を投稿した。これらの成果から、本年度の研究は当初の予定通り進展したと言える。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は大規模固体-流体連成シミュレーションのための数値解析アルゴリズムの開発として、主に非球形粒子を伴う固体-流体連成数値解析手法の開発に注力した。固体-流体連成シミュレーションにおいては固相粒子を離散要素法(DEM)、流体相を数値流体力学(CFD)によって解析するEuler-Lagrange的手法であるDEM-CFD法が広く用いられるが、この手法は複雑形状壁面を保有する体系の数値解析が困難であるという問題を抱えていた。これまでに著者らはこの問題を解決するため、符号付距離関数(SDF)および埋め込み境界法(IBM)による壁面モデルおよび流体抗力を陰的に解く手法を組み合わせることにより、Flexible Eulerian-Lagrangian Method with an Implicit algorithm (FELMI)の開発を行った。FELMIにより、移動壁面などの複雑な壁面を持つ体系を安定かつ精度良く模擬することが可能となった。このように、数値解析の応用範囲は近年拡大しているが、固体-流体連成問題の数値解析では粒子の非球形性を考慮したシミュレーションの応用範囲がいまだ限られているという問題があった。そこで本研究では、FELMIによる数値解析に対して楕円体粒子モデルを適用することで、移動壁面などの複雑な壁面を伴う非球形粒子を用いた固体-流体混相流シミュレーション手法の開発を行った。
これまでの研究成果として、7件の国内学会で学会発表を行い、5件の学会賞を受賞した。また、3報の筆頭著者論文報および2報の共同著者論文を投稿した。これらの成果から、現在までの研究は当初の予定通り進展したと言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
固体-流体連成シミュレーションにおいては固相粒子を離散要素法(DEM)、流体相を数値流体力学(CFD)によって解析するEuler-Lagrange的手法であるDEM-CFD法が広く用いられるが、この手法は複雑形状壁面を保有する体系の数値解析が困難であるという問題を抱えていた。これまでに著者らはこの問題を解決するため、符号付距離関数(SDF)および埋め込み境界法(IBM)による壁面モデルおよび流体抗力を陰的に解く手法を組み合わせることにより、Flexible Eulerian-Lagrangian Method with an Implicit algorithm (FELMI)の開発を行った。FELMIにより、移動壁面などの複雑な壁面を持つ体系を安定かつ精度良く模擬することが可能となった。このように、数値解析の応用範囲は近年拡大しているが、次年度は数値解析の応用範囲を更に拡大するため、湿潤粉体の大規模数値解析手法に注力する。湿潤粉体は乾燥粉体と異なり、粒子間に液滴による液架橋力が発生するため、挙動が大きく変化する。そのため、液架橋力を模擬する必要があり、様々なモデル化が提案されている。しかし、この液架橋力に対しては粗視化モデルのような代表粒子モデルが確立されておらず、大規模な数値解析を行うことが困難だった。そのため、本研究では液架橋力に対する粗視化モデルを開発することで、大規模湿潤粉体の数値解析を可能にする。更に、開発する数値解析手法の妥当性を検証するため、粗視化モデルを使用しない数値解析と開発手法による数値解析を行い、その結果を比較する。
|
