2019 Fiscal Year Research-status Report
マルチスケール格子乱流中のスカラー輸送のメカニズム解明と革新的混合促進の実現
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19K14891
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
北村 拓也 長崎大学, 工学研究科, 助教 (30794648)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 乱流 / スカラー輸送 / クロージャー理論 / 多目的最適化 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，マルチスケール格子乱流中におけるスカラー輸送の物質拡散または混合促進を目的とした多目的最適化手法，データマイニング手法や深層学習などの情報技術および理論解析を通して，混合促進のメカニズム解明を行うことである．
令和元年度は，研究実施計画に基づいて，マルチスケール格子乱流および一様等方性乱流のスカラー場の計算コードおよび解析コードを作成した．また，pythonを用いた機械学習ができる環境を整備した．さらに，進化的アルゴリズムやニューラルネットワークなどの最適化手法をpythonによりコーディングし，アルゴリズムの検証を行った．
また，マルチスケール格子乱流の乱流レイノルズ数を目的関数とした最適化結果を学会で発表し，十分な評価を得ることができた．さらに，最適化を通して，共同研究の広がりを図ることができた．現在，論文投稿準備中である．
最適化結果における混合促進の理解を深めるための準備として，平均スカラー勾配があるパッシブスカラーのクロージャー理論の開発を試みた．クロージャー理論では，場の軸対称性からLegendre級数を用いてスカラー場の非等方性を取り扱った．クロージャー理論では，非等方性スカラースペクトルが-3乗のスロープを持つこと，コスペクトルが-7/3乗のスロープを持つこと，二次の構造関数において大きいスケールで非等方性が強いことなどが示され，直接数値計算と定性的に一致することを確認した．
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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
「研究実績」の項で記したように
(1)当初計画通り，スカラー場の計算コードの開発および最適化システムの構築を行った．
(2)平均スカラー勾配があるパッシブスカラーのクロージャー理論の開発を試み，直接数値計算と定性的に一致することを確認した．今後，マルチスケール格子乱流との比較を行うための重要な知見を得ることができた．
以上のことから，本研究は，おおむね順調に進展していると判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は，
(1)マルチスケール格子乱流の混合促進を目的関数とした多目的最適化．
(2)マルチスケール格子乱流および一様等方性乱流における粒子拡散のDNSを行い，粒子の分散過程に基づいたラグランジュ的観点から見たスカラー輸送の理解を深める．
(3)クロージャー理論，マルチスケール格子乱流および一様等方性乱流の直接数値計算を基に，データマイニング手法を用いてスカラー輸送の現象理解を深める．
また，これまで得られた成果をまとめる．
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