2021 Fiscal Year Annual Research Report
Physical law and modeling of compressible separated flows using high-fidelity spatio-temporal large-scale data
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21H01523
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
河合 宗司 東北大学, 工学研究科, 教授 (40608816)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 乱流境界層 / 高レイノルズ数流れ / 圧縮性流体 / LES / データ駆動科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究初年度となる本年度は、申請者らが開発してきた高次精度・圧縮性流体解析コードとスーパーコンピュータ「富岳」を用い、衝撃波および壁面熱流束を伴う非平衡剥離乱流境界層現象の大規模直接数値解析を実施し、高忠実な複雑流体データベースを構築した。ここで実施した大規模直接数値解析結果は、今後のモデル開発における参照データともなるため、「富岳」を用いることで可能な限り高レイノルズ数条件の解析とした。また構築したデータベースを用いて、壁乱流に起因する比較的高周波な流体現象とは別に、剥離現象に起因すると考えられる比較的低周波で自励振動する衝撃波と剥離乱流境界層の非平衡流れに特に着目し解析を進めた。
また並行して、従来の理論的・統計量的な流れ現象解析に加えて、複雑な非定常大規模データからキーとなる本質的な流体挙動をどのように抽出し、物理メカニズムやそのモデリングに迫るかというデータ駆動型アプローチの方法論の研究にも着手した。ここでは、航空機の安全性に大きな影響を持つ高速飛行時における遷音速バフェット現象の高忠実なLESデータベースを用い、作用素入出力解析であるResolvent解析を応用したデータ駆動型の現象解析を実施した。Resolvent解析は流体現象における入出力関係を応用数学的に抽出できる特徴を持つことから、本解析により非線形性の強い複雑な流体現象解析においてデータ駆動的に有益な情報が抽出できる可能性を持つことが示された。
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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
これまで開発してきた高次精度・圧縮性流体解析コードとスーパーコンピュータ「富岳」を用いることで、できるだけ高レイノルズ数条件における衝撃波および壁面熱流束を伴う非平衡剥離乱流境界層の高忠実な複雑流体データベースが構築でき、衝撃波と剥離乱流境界層の非平衡流れに特に着目し解析を進めることができた。またデータ駆動型アプローチの方法論についても、Resolvent解析や機械学習を用いた手法などを構築し、実際に流体解析に応用することで、非線形性の強い複雑な流体現象解析においてデータ駆動的に有益な情報が抽出できる可能性を示すことができた。このような状況から、達成度はおおむね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究初年度に構築した圧縮性非平衡剥離乱流境界層現象のデータベースの解析を進める。また並行して構築したデータベースと同条件での壁面モデルLES解析を実施し、データベースとの比較・検証やデータベースの解析で得られた知見などを用い、問題点などを明らかにしながらモデルの洗練を図る。また加えて、データ駆動型アプローチを現象解析やモデル構築に応用する試みも進める。さらに今後は、汎用性の高い物理モデルの構築に向けて、異なる種類の非平衡圧縮性乱流境界層現象解析を考慮するかなど検討し、必要に応じて解析を実施する。
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