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不純物・相転移を伴う複雑流体の分子論からの数値解析

研究課題

研究課題/領域番号 15K05201
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 数理物理・物性基礎
研究機関慶應義塾大学 (2019)
東京大学 (2015-2018)

研究代表者

渡辺 宙志  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50377777)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワード分子動力学法 / 複雑流体 / ハイパフォーマンスコンピューティング / キャビテーション / モンテカルロ法 / ビット演算 / 乱数生成 / 高分子 / SIMD / 熱浴 / Nose-Hoover法 / 温度制御 / ランジュバン方程式 / 気泡生成 / 並列計算
研究成果の概要

ポリマーなどの不純物や、気泡生成などの相転移と流れがカップルした複雑流体の振る舞いを分子動力学法によるシミュレーションにより解析した。特に、円柱後方に発生するカルマン渦に注目し、高分子を添加すると渦がぼやけること、高分子の長さが重要であること、気泡生成を伴う流れでは、渦が発生する場所が後方にずれ、その結果円柱にかかる渦からの反作用が消えることなどを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

流体は、ごく微量の不純物が混ざるだけでその物性を大きく変えることが知られている。工学応用上、その振る舞いを理解することは非常に重要であるが、不純物と流体を構成する分子との相互作用がミクロスケールであるのに対し、結果として現れる流れがマクロスケールであることから、解析が難しかった。本研究は大規模シミュレーションによりそのスケール差を克服することに成功し、複雑流体の性質について新たな知見を与えた。

報告書

(6件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Effects of cavitation on Karman vortex behind circular-cylinder arrays: A molecular dynamics study2020

    • 著者名/発表者名
      Asano Yuta、Watanabe Hiroshi、Noguchi Hiroshi
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 152 号: 3 ページ: 034501-034501

    • DOI

      10.1063/1.5138212

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Finite-Size Effects on Karman Vortex in Molecular Dynamics Simulation2019

    • 著者名/発表者名
      Asano Yuta、Watanabe Hiroshi、Noguchi Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 号: 7 ページ: 075003-075003

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.075003

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SIMD Vectorization for the Lennard-Jones Potential with AVX2 and AVX-512 instructions2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Watanabe and Koh M. Nakagawa
    • 雑誌名

      Computer Physics Communications

      巻: 237 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2018.10.028

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fast algorithm for generating random bit strings and multispin coding for directed percolation2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Watanabe, Satoshi Morita, Synge Todo, Naoki Kawashima
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 号: 2 ページ: 024004-024004

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.024004

    • NAID

      210000135088

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stability of velocity-Verlet- and Liouville-operator-derived algorithms to integrate non-Hamiltonian systems2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Watanabe
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 149 号: 15 ページ: 154101-154101

    • DOI

      10.1063/1.5030034

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Polymer effects on K?rm?n vortex: Molecular dynamics study2018

    • 著者名/発表者名
      Asano Yuta、Watanabe Hiroshi、Noguchi Hiroshi
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 148 号: 14 ページ: 144901-144901

    • DOI

      10.1063/1.5024010

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Failure of Deterministic and Stochastic Thermostats to Control Temperature of Molecular Systems2017

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 7 ページ: 075004-075004

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.075004

    • NAID

      210000134457

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ripening Kinetics of Bubbles: A Molecular Dynamics Study2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Watanabe, Hajime Inaoka, and Nobuyasu Ito
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 145 号: 12 ページ: 124707-124707

    • DOI

      10.1063/1.4963160

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ポッツ模型におけるBinder比の 非単調な振る舞いについて2020

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志、森田悟史、本山裕一、川島直輝
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] スパコンでできること、できないこと2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      金沢大学理工学域理学談話会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 非ハミルトン系における数値積分法とシンプレクティック性2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] AVX2/AVX-512を用いたLennard-Jones系ポテンシャルの力計算のSIMD化2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      x86/x64最適化勉強会8
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 短距離古典分子動力学法のSIMD化について2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      第1回ポスト「京」萌芽的課題「基礎科学の挑戦」・「極限マテリアル」 合同公開ワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] AVX命令を用いたLennard-Jonesポテンシャルの力計算のSIMD化2017

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2017-03-19
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 分子動力学法を用いた希薄高分子溶液の流れ解析2017

    • 著者名/発表者名
      浅野優太、渡辺宙志、野口博司
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2017-03-18
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] スパコンでできること、できないこと2017

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      武蔵野大学数理工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スパコンでできること、できないこと2017

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      柏キャンパス一般公開特別講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 離散ウェーブレット変換を用いた分子動力学法データの圧縮2017

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 非一様系における温度制御2016

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学 (石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 超並列分子動力学シミュレーションによる複雑流体の解析2016

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志、野口博司
    • 学会等名
      ポスト「京」萌芽的課題キックオフミーティング
    • 発表場所
      東北大学金属材料研究所 (宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-09-09
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Temperature control of an inhomogeneous system with a thermostat2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Watanabe
    • 学会等名
      International Workshop on Complex Phenomena from Molecule to Society
    • 発表場所
      東京大学 (東京都文京区)
    • 年月日
      2016-08-23
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 気泡生成過程におけるKinetic equiationの直接測定2016

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2016-03-20
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 多重気泡生成過程における気泡間相互作用の数値的解析2016

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      日本学術会議公開シンポジウム「物性物理学・一般物理学分野の展開と大型研究計画」
    • 発表場所
      日本学術会議事務局 (東京都・港区)
    • 年月日
      2016-03-11
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 短距離古典分子動力学法の「京」に向けた最適化2015

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      平成27年度「京」における高速化ワークショップ
    • 発表場所
      秋葉原UDX (東京都・千代田区)
    • 年月日
      2015-12-18
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 多重気泡生成過程における気泡間相互作用の数値的解析2015

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      第6回CMSI研究会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス (東京都・文京区)
    • 年月日
      2015-12-07
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Molecular dynamics simulation of Ostwald ripening in multiple-bubble nucleation2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Watanabe
    • 学会等名
      The CASSIA 3rd workshop - International workshop on complex phenomena from molecule to society
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス (東京都・文京区)
    • 年月日
      2015-11-24
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Scalable and Highly SIMD-vectorized Molecular Dynamics Simulation Involving Multiple Bubble Nuclei2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Watanabe, Satoshi Morita, Hajime Inaoka, Haruhiko Matsuo, Synge Todo, and Nobuyasu Ito
    • 学会等名
      SC15
    • 発表場所
      Austin (アメリカ)
    • 年月日
      2015-11-17
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 一般化Langevin方程式における温度とH定理2015

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学 千里山キャンパス (大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2015-09-17
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 多重気泡生成過程のペタスケール分子動力学シミュレーション2015

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      ソフトダイナミクス研究会
    • 発表場所
      東京大学物性研究所 (千葉県・柏市)
    • 年月日
      2015-04-02
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [図書] 計算科学のためのHPC技術12017

    • 著者名/発表者名
      下司雅章 編/片桐孝洋,中田真秀,渡辺宙志,山本有作,吉井範行,Jaewoon Jung,杉田有治,石村和也,大石進一,関根晃太,森倉悠介,黒田久泰 著
    • 総ページ数
      300
    • 出版者
      大阪大学出版会
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2021-02-19  

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