| 研究課題/領域番号 |
20K04261
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 福井大学 |
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研究代表者 |
太田 貴士 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (10273583)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 乱流 / 液体金属 / 凝固 / 溶融 / 非ニュートン粘性流体 / 直接数値シミュレーション / データベース / 乱流モデル / 固液混相流 / モデル化 / 数値シミュレーション / 流体工学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
乱流状態の溶融金属が凝固する際に固相内に発生する可能性がある残留応力の生成メカニズムを解明することを目指す。さらに、そのメカニズムに基いて、乱流に起因する残留応力を予測する方法を構築する。将来、本研究の成果を、乱流構造に関連して発生する材料内の残留応力を抑制するための制御法の開発へ発展させる。このとき、乱流の影響を受けながら析出する固相の凝固組織と、その凝固組織の影響を受けながら流動する液相の乱流との相互作用を考慮して、固液混相場を観察しなければならない。そのために、乱流構造のダイナミクスを再現できるDNSに、凝固組織の形成を再現できるP-F法を組み合わせた数値シミュレーションを実現する。
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| 研究成果の概要 |
乱流の直接数値シミュレーションと固液相変化を予測するためのフェーズフィールド法を組み合わせて、過冷却凝固する乱流の高精度数値解析を実現した。その結果をデータベースとして整理して、流動する液体と固体の相互作用を伴う複雑現象のメカニズムを解明することに取り組んだ。そのメカニズムに基づいて、乱流の変調を予測するための乱流モデルであるラージエディーシミュレーション解析法を開発するとともに、凝固後の固体内部に形成される材料力学的な欠陥の組織構造を予測するための方法を調べた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
乱流の直接数値シミュレーションの技術を発展させて、流動現象の予測から固体内部の欠陥の構造の予測と制御を実現するために、相変化を伴う固液相に関する複雑現象のメカニズムの解明に取り組んだ。その結果として、材料力学的な問題を解決するために、流体の複雑現象を予測する乱流モデルの改良の指針が得られた。さらに、凝固組織構造の観察に関する実験成果を援用することによって、流体工学と材料力学の研究分野の協力と今後の新しい複合的研究分野のきっかけとなった。
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