微細構造による濡れ性の制御に向けた大規模数値シミュレーションとトポロジー最適化
| Project/Area Number |
22K12058
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 60100:Computational science-related
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
大西 順也 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (20376495)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
|
|---|
| Keywords | ハイパフォーマンス・コンピューティング / 濡れ / 微細構造 / 流体工学 / 混相流 / 最適化 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
固体表面に微細構造を付加することで、従来にない新しい機能や高い性能（たとえば、超撥水性）を示すことが知られている。しかしながら、これらの機能の発現機構や効率、堅牢性については未解明な点が残っている。本研究では、スーパーコンピュータ等を用いた大規模数値シミュレーションの活用により、微細構造表面上の濡れ現象を機構論的に解明するとともに、表面機能の強化や性能向上を目的として、トポロジー最適化を適用し、その効果や妥当性を検証する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、大規模並列計算技術を活用することで、流動・伝熱・気液界面挙動の相互干渉による非定常マルチスケール・マルチフィジックス現象に対する直接数値シミュレーションを実現し、微細構造表面上の濡れ現象を機構論的に解明する。また、上記の直接数値シミュレーションに対して、随伴解析に基づいたトポロジー最適化手法を組み合わせることで、微細構造の最適化を試みる。具体的には、a)Cassie状態における静的接触角の最大化、b)Wenzel-Cassie転移におけるエネルギー障壁の最大化、c)微細構造内部における毛管流れの最大化の各最適化問題に対して実際にトポロジー最適化手法を適用し、特性や効果を評価、検証することで、濡れ現象に関する最適化技術を確立する。
R5年度は、主に、Cassie状態における静的接触角に関する随伴解析に向け、先行研究や既存解析手法の調査に加え、計算プログラムの作成と検証に取り組んだ。また、前年度に引き続き、数値シミュレーションで用いる計算モデル、および、計算プログラムの検証を進めた。さらに、後の最適化で必要となる参照データの収集を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
随伴解析用に作成したプログラムが期待通りに動作しないため、予定より遅れている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
随伴解析用プログラムの作成については、まずは先行研究と同じ手法を採用することで、ベースとなるプログラムを完成させ、その上で本研究で予定している拡張を進める。
また、計算資源を増強することで、最適化に向けたパラメータスタディを前倒しで実施する。
|
Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
