2021 Fiscal Year Research-status Report
高温固気流動層内の非球形粒子群輸送に対する数値解析手法の開発とその応用
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19K20284
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鳥生 大祐 京都大学, 学術情報メディアセンター, 助教 (60772572)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 流体・固体熱連成 / 低マッハ数圧縮性流れ / 熱対流 / 直交格子法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、複数の移動粒子と温度が大きく変化する低マッハ数流れの連成問題に対し、各粒子の運動はラグランジュ的に、流体計算は直交構造格子上でオイラー的に行う計算手法を構築してきた。これまでに構築してきた手法では、流体計算において固体領域は仮想的に流体として扱われ、固体の運動が流れ場に与える影響は、各流体計算セルに占める固体の体積割合に応じて固体速度を流体計算セルに強制することで考慮される。本年度は、このように流体・固体の連成計算を行う際に固体の体積割合を用いる方法に加え、Direct-Forcing Immersed Boundary (DF/IB) 法やDirect-Forcing Fictitious Domain (DF/FD) 法など、固体の表面や内部に複数のラグランジュ点を配置して流体・固体の連成計算に利用する手法も実装し、特に計算の時間、空間の解像度が計算結果に与える影響を比較した。その結果、固体の体積割合を用いる手法では、DF/IB法やDF/FD法に比べて計算の時間刻み幅や計算格子幅が計算結果に与える影響が大きく、より高解像度の計算を行う必要があることが分かった。一方で、計算の各ステップに要する時間は固体の体積割合を用いる手法が最も短いことを確認した。また、DF/IB法やDF/FD法では固体領域内への周囲流体の浸入によって非物理的な温度変化が生じる場合があったが、固体の体積割合を用いる手法では計算順序の工夫で比較的簡単にこれを回避できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定では、本年度は多数の粒子を用いた流動層の数値実験を行う予定であったが、計算の時間および空間解像度が計算結果に与える影響についての検討を進めていく中で他手法との詳細な比較が重要と考え、予定を変更してそちらの基礎的な検討を行った。流動層の数値実験については、課題期間を延長して次年度に実施することとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、当初最終年度に予定していた高温固気流動層の数値実験を行い、粒子間隙の流速や流体圧力、粒子に働く力や粒子の移動経路等を可視化して流動層の伝熱特性について考察を行う。また、計算の高速化を目的として流体と固体の連成計算部分を見直し、より粗い時間刻みや格子幅で精度よく計算可能な手法を構築する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により旅費が不要となり、また、研究計画の変更により本年度予定していたスーパーコンピュータの大規模利用を次年度に持ち越し、本年度の利用負担金が不要となったため。次年度使用額は研究成果発表のための費用やスーパーコンピュータの利用負担金として使用予定である。
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