2021 Fiscal Year Research-status Report
樹木導管を模擬するメゾスケール複雑境界内の二相流数値計算手法の開発
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19K04241
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
山口 朝彦 長崎大学, 工学研究科, 教授 (00284711)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 格子ボルツマン法 / 気液二相流 / 植物導管 / メゾスケール / 複雑境界 / 水分輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物導管内の形状を考慮して、導管内の気泡流れに関する数値シミュレーションを実施するために、本研究者らがこれまでに開発してきた格子ボルツマン法(LBM)によるプログラムコードの更新および改良に当たっている。植物導管内の流体は水であり、気液二相流の密度比が大きく気液二相流の安定した数値シミュレーションは難しい。これまでに、稲室らによって提案されたフェイズヒールド法による気液の密度比が大きい二相流の計算方法をもとに、本研究者らが開発してきたLBMコードに平面の塗れ性を考慮できるよう改変を加えてきた。昨年度報告したように、気泡が壁面と接触すると発散する傾向にあることがわかっており、今年度は後述する方法を用いたシミュレーションの安定化に重点を置いて研究を実施してきた。また、当初から懸念されていた圧力補正の収束に負荷がかかることの改善を、昨年度に引き続き、より高速で安定した結果が得られると考えられる稲室らにより提案された格子キネティックスキーム(LKS)の導入により実施しているところである。また、計算安定化のための別のアプローチとして、本研究者らのLBMコードへのMRT（Multi Relaxation Time）モデルの導入を進めている。以上のように、今年度は新たな計算スキームの導入と現在のコードの改良を進めることに注力しているところであり、大きな進展は得られていないが、関連する研究成果の一部が国際共同研究に発展しており論文が公表された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
格子キネティックスキームについては、2次元9速度モデルに切り替えて計算コードの本研究目的に対する有用性の検討を行なっている。
これまでのコードへのMRTモデルの導入については、年度当初からキュムラントおよびカスケードについて検討しそれぞれ実装を進めているが、他の方法についても検討を続けている状況である。
昨年度と同様であるが、当初の予定から以下の部分で遅れをとっているので上記のような評価とした。
1) 境界条件として垂直壁面を平面から曲面に変更しているが、単相状態では問題なく計算が進むのに対して気液界面が壁面に接するときに発散する傾向の修正が難しく、問題が解決できていない。昨年度、SRTモデルからMRTモデル採用を検討し、今年度はコードの修正に当たっているところであるが、まだ完成には至っていない。
2) 昨年度に引き続き、数値シミュレーションの検証実験として、竹の導管内の流量測定を予定していたが、学外での活動が制限された状態にあり、ペンディングとなっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画について、数値シミュレーションの方法としてLBMからLSKへの移行については、3次元の前に2次元で本研究目的に対する有用性の確認を行なう。また、現在進めているMRTモデルの実装については、先に良好な結果を出したモデルに絞って今年度中には結果を出して公表できるところまで持っていきたい。以上のことは、昨年度と同様、基本的な思想は同じなので、計画に大きな変更はない。引き続き、本研究費で昨年度購入した並列コンピュータを活用すると同時に、研究者が所属する研究科の並列計算機、九州大学の計算機が使える状況にあるので、プログラムコードの開発を加速させる。数値シミュレーションの検証については、今年度は、昨年度に引き続き行動制限の中で困難な状況であったが、次年度は状況に改善に兆しが見え始めているようにも思えるので、これまで以上に経験をもとに先を予測して実証の準備を進めていく。
今年度は公表できる目に見える成果があがらなかったこともあり、発表は共同研究の論文のみであった（受理は昨年度）。また、今年度は学会のほとんどがオンラインになり、次年度も既にオンライン開催が発表されている学会もあるが、直接他の研究者と直接議論するためにも、オンラインの学会にも積極的に参加して、成果の公表と同時に最新の情報の収集に当たる。
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| Causes of Carryover |
学会がオンラインになったことで残額が出たが、基金であることを利用し、少額の残金を無理に支出することしなかったので次年度使用額が生じた。少額なので、使用計画に変更はない。
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