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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Data-driven topology optimization for designing of flow fields in redox flow batteries

Research Project

Project/Area Number 20H02054
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

矢地 謙太郎  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (90779373)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywordsトポロジー最適化 / データ駆動型設計 / マルチフィデリティ設計法 / レドックスフロー電池 / 深層学習 / 設計工学
Outline of Annual Research Achievements

風力や太陽光といった自然エネルギーを貯蔵するための次世代の大規模蓄電システムとして、レドックスフロー電池(RFB: Redox Flow Battery)が注目を集めている。これに伴い、RFBに関する研究開発が世界各国で盛んに行われているものの、実用化にはさらなる充放電性能の向上が求められている。この課題に対し本研究では、RFB内部の流路構造が充放電性能に強く影響することを踏まえ、数理的な最適設計手法を駆使することで、RFBの超高性能化に繋がる革新的な流路構造の創成を目指している。この研究目的に対し、本年度は、提案する枠組みの基盤となるトポロジー最適化の深化、ならびに変分オートエンコーダーを利用したデータ駆動型設計の開発を実施した。当初の予定通り、レドックスフロー電池の高精度モデルを組み込んだデータ駆動形トポロジー最適化を実現し、具体的な稼働条件のもとで、有望な設計解を導出することに成功した。得られた成果は国内会議で発表し、現在、論文化に向けて検討を進めている。本年度は定常の電解液流れを対象に最適化を実施したが、非定常流れを考慮した方法への発展も視野に入れており、単純なスカラー輸送場を対象に非定常流れの最適化に関する基礎検討も実施した。また、開発したデータ駆動型トポロジー最適化の汎用性を検証するため、様々な最適設計問題における性能評価を実施した。その結果、本研究で主要な対象となる流体問題に限らず、構造問題においても高い汎用性を有することがわかった。今後は枠組みとしての有用性も高めつつ、引き続きRFBの高性能化に向けた方法論の洗練化を行っていきたい。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (16 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 西安交通大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      西安交通大学
  • [Journal Article] Topology optimization using the lattice Boltzmann method for unsteady natural convection problems2023

    • Author(s)
      Tanabe Yuta、Yaji Kentaro、Ushijima Kuniharu
    • Journal Title

      Structural and Multidisciplinary Optimization

      Volume: 66 Pages: -

    • DOI

      10.1007/s00158-023-03522-y

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Data-driven multifidelity topology design using a deep generative model: Application to forced convection heat transfer problems2022

    • Author(s)
      Yaji Kentaro、Yamasaki Shintaro、Fujita Kikuo
    • Journal Title

      Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering

      Volume: 388 Pages: 114284~114284

    • DOI

      10.1016/j.cma.2021.114284

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 『最適設計と積層造形』の新動向2022

    • Author(s)
      矢地謙太郎
    • Journal Title

      計算工学

      Volume: 27 Pages: 4466~4468

  • [Journal Article] Optimum design of micromixer for a non-Newtonian fluid by topology optimization2022

    • Author(s)
      Dong Xin、Yaji Kentaro、Liu Xiaomin
    • Journal Title

      Chemical Engineering Journal

      Volume: 428 Pages: 131367~131367

    • DOI

      10.1016/j.cej.2021.131367

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] トポロジー最適化に見る生物の形態形成と機能発現2022

    • Author(s)
      矢地謙太郎
    • Organizer
      第 33 回バイオフロンティア講演会
    • Invited
  • [Presentation] Topology optimization incorporating the adjoint lattice Boltzmann method for steady and unsteady natural convection problems2022

    • Author(s)
      YAJI Kentaro
    • Organizer
      15th World Congress on Computational Mechanics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] トポロジー最適化とニューラルネットワークを利用したデータ駆動型設計2022

    • Author(s)
      矢地謙太郎
    • Organizer
      第5回「解析・設計の代替モデリング研究会」
    • Invited
  • [Presentation] 伝熱問題のためのトポロジー最適化2022

    • Author(s)
      矢地謙太郎
    • Organizer
      第29期第1回講演討論会、伝熱学会関西支部
    • Invited
  • [Presentation] Topology optimization of fluid-fluid heat exchange systems2022

    • Author(s)
      YAJI Kentaro
    • Organizer
      2022 ASHRAE Winter Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Application of data-driven multifidelity topology design to natural convection heat sinks2022

    • Author(s)
      OHTANI Kaito、YAJI Kentaro、YAMASAKI Shintaro、FUJITA Kikuo
    • Organizer
      Asian Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 最適化途中でのパラメータ調整を必要としないヘビサイドプロジェクション2022

    • Author(s)
      矢地謙太郎
    • Organizer
      最適化シンポジウム2022
  • [Presentation] データ駆動型マルチフィデリティトポロジーデザインによる自然対流型ヒートシンクの最適設計2022

    • Author(s)
      大谷海斗、矢地謙太郎、山崎慎太郎、藤田喜久雄
    • Organizer
      最適化シンポジウム2022
  • [Presentation] 代理表現によるデータ駆動型トポロジーデザインの強化に関する研究2022

    • Author(s)
      橋本龍一郎、矢地謙太郎、山崎慎太郎、藤田喜久雄
    • Organizer
      最適化シンポジウム2022
  • [Presentation] データ駆動型マルチフィデリティトポロジーデザインによるフロー電池の流動場設計2022

    • Author(s)
      中井亮太、矢地謙太郎、山崎慎太郎、津島将司、鈴木崇弘、藤田喜久雄
    • Organizer
      第27回計算工学講演会
  • [Remarks] 研究紹介ホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/view/yajiken

URL: 

Published: 2023-12-25  

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