2021 Fiscal Year Annual Research Report
Foundation of Oil Behavior analyzed by Multiscale Fluid Simulations
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20H02058
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
鷲津 仁志 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (00394883)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三好 洋美 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (50455367)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | マルチスケール流体 / 格子ボルツマン法 / ブラウン動力学 / 分子シミュレーション / 粘度調整剤高分子 / 極圧剤 / 逆ミセル / レオロジー曲線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)ブラウン-流体連成（BDLBM）シミュレータの開発と高効率化：BDLBM シミュレータの開発のため，格子ボルツマン部分に関しては採用した特任助教の助力によって更に高速化を実施した．並列化については，ノード内並列を実施した．また，ブラウン動力学部分に関しては，コロナ禍のため招聘予定であった特任助教とともにソフトウェアの開発および高精度化を実施した．高分子添加剤 (VII) への応用解析を実施した．その結果，剪断場における挙動の分子量や温度の違いによる影響は，弱い剪断場において顕著であることを見いだした．
(2) BDLBM シミュレータにおける官能基のモデリング：ブラウン動力学の部分について，官能基を双極子能率を持つ球粒子として粗視化する拡張を実施し，凝集状態がとくに遅い剪断場において顕著であることを見いだした．よりミクロな解析では，反応力場を用いたリン系極圧添加剤の界面吸着挙動に関する解析を硫黄系添加剤に拡張した．また，油中のリン系極圧添加剤の全原子分子動力学では，逆ミセル構造を形成すること，その集合体の構造はそれぞれの分子によって異なることがわかった．さらに，逆ミセルの粗視化分子シミュレーションとして，散逸粒子動力学を用いた紐状ミセルの解析系を作成し，レオロジー曲線が再現することを示した．
(3) 材料探索手法の開発：マテリアルズ・インフォマティクスの評価関数として，パーシステント・ホモロジーが有効であり，この解析手法を固液界面の代表例として電極近傍のイオン解析に用いた．また，剪断場解析としては，トラクションフルードの解析系にも用いて，剪断場の有無や分子構造による違いを検出可能であることを見いだした．
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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
((1)ブラウン-流体連成（BDLBM）シミュレータの開発と高効率化：BDLBM シミュレータの開発については，当初の予定よりは遅れたが，無事に格子ボルツマン法の部分と，ブラウン動力学の部分のコーディングが終了した．高効率化についてはノード内並列化が完了した．また，高分子添加剤のダイナミクスに関する知見を得ることができた．
(2) BDLBM シミュレータにおける官能基のモデリング：官能基のモデリングも実装し，流動場における特徴づけに成功した．とくに，遅いダイナミクスにおけるブラウン運動および分子モデルの重要性が判明したことは，今後の研究開発にインパクトがある．さらに，反応力場，全原子，散逸粒子動力学という3スケールについて，油中の分子の自己集合についての知見を大量に得ることができたことも，今後のモデリングにおいて重要である．
(3) 材料探索手法の開発：パーシステント・ホモロジーについて，固液界面系および摺動系に適用し，それぞれ適用可能であることを見いだした．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)ブラウン-流体連成（BDLBM）シミュレータの開発と高効率化：BDLBM シミュレータの開発のため，格子ボルツマン部分に関してはノード間並列による更なる高速化を実施する．また，ブラウン動力学部分に関しては，極性基のモデリングを更に進めるとともに，温度分布や圧力分布の存在するような，より多くの条件における解析を可能とする．
(2) BDLBM シミュレータにおける官能基のモデリング：ブラウン動力学部分における，官能基の粗視化モデリングをさらに深化させる．また，よりミクロなモデルについては，分子動力学法および散逸粒子動力学を用いた逆ミセルおよびグリースのモデルとしての紐状ミセルの解析を実施したが，この系についてレオロジー曲線発現の分子機構解析を実施し，BDLBM に適用の準備をする．
(3) 材料探索手法の開発：パーシステント・ホモロジーをはじめとする新規解析手法について，マルチスケール流体への適用について，さらに様々な系に適用し，材料探索を実施する．
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