2020 Fiscal Year Research-status Report
Numerical Simulator for Hydrodynamic Lubrication by Particle-based Method
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20K04236
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| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
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Principal Investigator |
田中 健太郎 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (60359693)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 流体潤滑 / 粒子法 / 表面張力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，気液界面の大変形を容易に扱いうる粒子法を用いて，流体潤滑解析を行うことを目的としている．通常の流体潤滑解析では，先すぼまりの油膜引き込み側は，油で満たされていると仮定して解析を行う．撹拌抵抗の低下や省資源を期待して意図的に微量の油で潤滑効果を得ようという試みもあり，このような場合，引き込み側が油で満たされるという仮定は成立しない．引き込み側がどこまで油で満たされるかは、供給油量、潤滑面の形状・性状、 運転条件等によって決まるが、これを何らかの境界条件に落とし込むのは難しい．粒子法を用いてNavier- Stokes 方程式を直接数値解析することを試みている．
潤滑面が油で満たされていないということは，油と気相の気液界面があるということである．この気液界面で作用する表面張力を正しく計算できることが重要である．円形液滴の表面張力振動を対象とする数値計算を行うことで，表面張力計算モデルの検証を行った．静的には円形時の液滴の内圧がラプラス圧力と，また，動的には振動の周期がRaylieghの理論と，それぞれ粒子法で計算した結果が一致することを確認した．またパラメータを調整した液滴径に対してだけではなく，その1/10~10倍程度の範囲で一致することを確認した．
流体潤滑解析を行い，既往の数値計算，実験の結果と比較を行った．油膜圧力分布を比較し，定量的に一致した結果が得られることを確認した．さらに，油量，重力の向きを変えて数値計算を行い，それらが油膜形状，油膜圧力分布に与える効果を調べた．これらの条件を変えた流体潤滑解析は，これまでのReynolds方程式に基づく解析では難しく，今回の粒子法を用いたNavier- Stokes 方程式の直接数値解析の強みを示したと言える．
並列計算のための解析用コンピュータを整備した．またFDPSを用いて計算コードの並列化を進めつつある．
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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
FDPSを用いた計算コードの並列化に手間取っている部分があるが，既存コードの検証，数値計算機環境の整備は順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
粒子法を用いる数値解析の欠点の一つ，計算負荷の重さが，流体潤滑解析においては特に大きくのしかかる．当初の計画通り，一つの解決手段として，計算コードの並列化による計算機能力の有効活用を行う．しかし，実用的に意味のある問題に適用しようとする場合には，計算手法の改良等が必要になる可能性がある．並列化による計算規模の拡大を行いつつ，計算手法の改良の可能性も検討したい．
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| Causes of Carryover |
計算機環境の構築のために発注した，マザーボード等のPCパーツの納入に遅れが乗じたため．
研究発表を予定していた学会が中止になったため．
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