2021 Fiscal Year Research-status Report
Scaling law and a new LES wall-model for adverse-pressure-gradient turbulent boundary layer flow
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21K03876
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
関本 敦 岡山大学, 環境生命科学学域, 准教授 (00814485)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 乱流 / 逆圧力勾配境界層 / ラージ・エディ・シミュレーション (LES) |
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| Outline of Annual Research Achievements |
曲面や角を有する複雑形状周りの数値シミュレーションの精度向上は，航空機やタービン翼などの流体機械の性能向上につながるため工学的に重要な課題である。既存の乱流モデルは剥離点近傍での予測精度が大きく低下する問題があり，曲面や複雑形状へ適応可能なモデルは未だ発展途上であるが，産業応用が先行して，航空機の翼や胴体周りのシミュレーションが行われ，実験データとのすり合わせが行われているのが現状である． 本研究では，乱流モデルを用いずに行う高精度の直接数値シミュレーション(DNS)の結果から，従来の枠組みを超えるLESモデル開発を目指す．特に剥離する直前の乱流境界層についての詳細なDNSデータベースの統計量からLESに適用できる壁面モデルの開発のために，今年度は，以下を実施した: (i) 東京大学情報基盤センターのWisteria/BDEC-01 スーパーコンピュータシステムでのDNS及びLESコードのチューニング作業を実施; (ii) GPU単体でLESが実施可能な環境の構築，及び，GPU加速を利用したプログラムの作成; (iii) 壁面乱流への圧力勾配の影響を調べるために Couette-Poiseuille流れの直接数値計算を実施．壁面乱流中に強い逆圧力勾配が働いたときの乱流統計量の変化についてのデータを取得; (iv) 18th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2020 online, 東北大学）にて，逆圧力勾配の境界層乱流の統計量のスケーリングに関する研究発表．
今後は，得られたDNSデータを活用した，LES壁面モデルの構築と検証作業を継続して進める．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2021年4月から研究機関を異動し，自身の研究室の立ち上げと研究環境整備中であるため研究自体の進展は遅れている． また，大規模計算を実施するための環境として富岳の利用を検討しているが，それらに搭載されているCPUはArmアーキテクチャであり，これまでのIntel cpuで実施していたプログラムを再度チューニングする必要が生じたためプロダクトランはまだ実施していない．
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| Strategy for Future Research Activity |
大規模な数値計算を行うために「富岳」と同じシステムであるWisteria/BDEC-01を用いて，該当の乱流境界層の数値計算プログラムのチューニングおよび，GPU化によるコードの高速化を進める．チューニング技法の習得にはWisteriaを所有する東京大学情報基盤センター主催のセミナーや講習会に参加して情報収集しながら進める．富岳のA64FX プロセッサはIntelなどの汎用CPUと仕様が異なっており，チューニング技法そのものが研究テーマとなる．得られた性能評価などは，随時，スパコンセンターの講習会やニュース記事などで成果を発信する．
また，今後のデータ駆動型の乱流モデリングについては，GPU加速型のプログラムの作成を進め，大容量メモリを搭載したGPGPUワークステーションを利用して，高速LESを実施することを目標とする．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍のため，学会がオンライン開催となり，旅費・宿泊費がほとんどかからなくなったため．
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