2022 Fiscal Year Research-status Report
Shock Wave Detection and 64 Times Resolution Flow Simulation based on Image-Processing/Fluid-Dynamics
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19K04834
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
北村 圭一 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20402547)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 衝撃波 / 数値流体力学 / 画像処理 / エッジ検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
画像において輝度が突如大きく変化する個所を「エッジ」と呼ぶ．Canny法は代表的なエッジ検出技術である．本研究ではこのエッジと，流体力学において物理量が急激に変化する「衝撃波」との類似性に着目している．衝撃波は，空気抵抗や騒音の原因となる一方で，結石破砕治療に利用される側面を持つ．つまり有害にも有益にもなる．しかし衝撃波は一般に肉眼では認識できず，数値流体力学で正確にシミュレーションする事も難しい．そこで画像処理におけるエッジと同様，得られた解が空間的に不連続な変化を起こす個所を衝撃波として抽出し，これを新たな数値流体計算法に活用する．具体的には輝度の代わりに圧力もしくは密度を利用する．これらは衝撃波において大きく変化する事が知られており，その関係はランキン・ユゴニオ条件として知られている．こうして衝撃波を画像処理技術と流体力学理論を用いて検知し，これを数値流体力学における計算法に組み込む事で，簡便・精密・安定に衝撃波を扱う計算法を構築する事が本研究の目的である．従来の衝撃波計算においては，実際には衝撃波でない場所でも精度を犠牲にして計算を安定化させていた．本計算法が確立すれば，高い精度を維持したまま衝撃波計算が可能となり，従来比64倍の解像度が期待される．
2019-21年度は，衝撃波検知法を完全気体の空気だけでなく混相流や電磁流体へ拡張し改良を行なった．これにより，衝撃波を含む混相流の計算をより低コストで行う事ができる．しかしながら新型コロナの影響で充分な研究時間や出張の機会を確保できなかった．2021年度は，本研究の本丸である「衝撃波を含む流体計算法」と「画像処理を応用した衝撃波検知法」の組み合わせにいよいよ着手した．そして予備的な数値実験結果を得て学会発表を行なった．2022年度はその過程で，混相流の効率的な計算法等について査読付き論文を発表した．
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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
本研究の本丸である「衝撃波を含む流体計算法」と「画像処理を応用した衝撃波検知法」の組み合わせについては，数値実験を行ない，ある程度の効果を確認できた．2023年度に学会発表を行う予定である．
また混相流の計算法を改良し，論文発表できた．衝撃波は完全気体だけでなく様々な流体において現れる．その例が混相流や電磁流体であり，これらの数値計算法を進展させたと言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
「衝撃波を含む流体計算法」と「画像処理を応用した衝撃波検知法」を組み合わせた数値実験の結果について整理し，学会発表および論文発表を行う．
なお2022年度までは新型コロナ(COVID-19)の影響で予定されていた多くの出張が中止となっていた．この出張費用は2023年度の成果発表のために使用予定である．
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| Causes of Carryover |
【次年度使用額が生じた理由】 新型コロナの影響により研究時間および学会発表の機会が十分確保できなかったため．
【使用計画】 主に成果発表（論文オープンアクセス，学会参加費，旅費）に充てる．
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