2013 Fiscal Year Research-status Report
スーパーコンピュータと風洞をリアルタイムでつないだ最適計測の実証実験
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25820039
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
三坂 孝志 東北大学, 国際高等研究教育機構, 助教 (20645139)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | データ同化 / 最適計測 / 数値流体力学 / 感度解析 / 4次元変分法 |
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| Research Abstract |
データ同化法は，数値シミュレーションの不確定要因（モデル誤差，初期・境界条件）を観測値により修正する方法であり，気象など自然現象のシミュレーションに有効である．本研究では運航安全に関係する乱気流の予測のようにリアルタイム性を要するデータ同化問題において，限られた観測(計測)点を有効に配置する手法を確立するために，スーパーコンピューターによる大規模高速流体解析と風洞実験を高速ネットワークでリアルタイム接続したデータ同化システムを構築し，リアルタイム最適計測の実現可能性を調べる実証実験を行うことを目的としている．
最適計測における計測位置の決定は，風洞実験と平行して行われる数値流体解析において，計測値を同化したときの流れ場の感度を計算することによって行われる．そのために，平成25年度は直交格子による効率的なデータ構造であるBuilding-Cube Method(BCM)に基づく流体解析コードおよび感度解析コード（アジョイントコード）の開発を進めた．実用的な高レイノルズ数の物体まわり流れを解析するためには，薄い境界層を解像する必要がある．そのために，BCMコードと境界層方程式を組み合わせた解析手法の開発を行った．また，ナビエストークス方程式に基づく流体解析および計測感度解析は計算コストが大きいため，リアルタイム実証を目標としている今回の実験では，ナビエストークス方程式などの高次モデルから縮約モデルを導出する方法も検討を始めている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成25年度はBuilding-Cube Method(BCM)に基づく流体解析コードと感度解析コードの開発を進めた．高レイノルズ数流れ解析のために，BCMコードと境界層方程式を組み合わせた解析手法の開発を行い，単純な円柱や航空機の降着装置まわりの流れ解析に適用した．平成25年度の後期に予定していた風洞とスーパーコンピューター間のデータ送受信テストは，流れ解析および感度解析コードの開発遅れから平成26年度前期に行うことにした．風洞実験の準備は適宜進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度で構築した流れ場の感度解析コードを利用し，平成26年度は実際に風洞における物体の後流計測問題において最適計測手法の検討を行う．当初は風洞を利用せず，Inifinibandによるデータ送受信の検討を行う．過去の試行から単にデータ通信を送受信するだけでは大きな時間遅れが発生することがわかっているので，数値計算とも連携させ非同期通信によりデータの送受信を行うことを予定している．データ同化計算およびデータ転送処理を風洞計測と組み合わせ，計測対象となる物体を置かない状態で通風してシステム全体の動作確認を行う．この単純な流れ場において，計測データを増やすことにより計測感度が減少（すなわち同化された流れ場の不確実性が減少）していくことを確認する．風洞実験の供試模型としては球と立方体を考えており，単純な計測対象とすることにより計測と計算の連携に主眼を置いている．基本的なアプローチとしては，模型後流を等間隔で計測してデータ同化を行い，次に計測感度が高い領域で空間解像度を上げて追加の計測を行う．この手続きを繰り返すことにより，データ同化した流れ場において計測感度が十分小さくなったときに，計測とよく一致する流れ場がスーパーコンピューター内に再現される．より少ない計測量で流れ場を再現するための計測方法の検討やリアルタイム化の可否についても検討を行う．また，可視化システムについても検討を行う．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は，今年度の研究を効率的に推進したことにより発生したものである．
次年度使用額は，平成26年度請求額とあわせ．平成26年度の研究遂行に使用する予定である．
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