| 研究課題/領域番号 |
20K22388
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
松下 真太郎 東京工業大学, 工学院, 助教 (20883036)
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| 研究期間 (年度) |
2020-09-11 – 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 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 液膜シミュレーション / AMR / 複数GPU / 界面活性剤 / 粘弾性流体 / 弱圧縮性流体計算 / 弱圧縮性気液二相流計算 / 大規模シミュレーション / 液膜計算 / AMR法 / AMR法の複数GPU実装 / Spurious current / AMR法の複数GPU化 / 動的負荷分散 / 運動量保存スキーム / 界面捕獲手法 / 液体自由膜 / 気液二相流 / 高精度数値シミュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
非圧縮性領域（低マッハ数）の気液二相流を対象としたポアソン方程式の求解を含まない弱圧縮性解法と界面に細かい格子を集めるAMR（Adaptive Mesh Refinement）法を適用した革新的数値シミュレータに対し，①界面活性剤の吸着・脱離を考慮した濃度輸送方程式と，②粘弾性流体のレオロジー特性の両者を考慮した高解像度気液二相流計算を実施する．AMR法に対して動的負荷分散を用いた複数GPU実装を行うことで，液膜を含む流れの高解像度計算を実施し，表面における表面張力低下効果，マランゴニ効果，および粘弾性がどのように流動と相互作用しながら液膜の安定化・崩壊を引き起こすのか明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
液膜対して超高解像度計算により，液膜内部の流動まで解像した計算を実施した．界面上での界面活性剤輸送方程式に大幅な改良を加えることで，濃度保存性を担保しながら高精度な計算を実現した．界面活性剤濃度と濃度の不均一性を考慮可能な粘弾性モデルをあわせて解き，粘弾性がマランゴニ効果を抑制し液膜を不安定化させ得ること，気泡の変形を抑制することで機械的崩壊を防ぎうることを明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
界面活性剤濃度輸送と粘弾性の両者を考慮可能な計算手法が開発できたことで，数値計算で解明可能な気液二相流現象が広がり，流体力学における現象理解だけでなく，泡を使った洗浄などのいたるところで見られる現象に対する理解が大きく向上し，より流体力学的知見に基づいた設計が可能となる．例えばトランスミッションのギアボックス内の高回転時オイル攪拌ではほとんど泡沫状態となるが，オイルは潤滑・冷却の目的で用いられるため，泡沫の持つ断熱的性質が重要となる．液膜内流動を実験のみで計測・解明するには限界があり，数値計算によって液膜安定化・崩壊を伴う流動特性を解明できれば工学的に有用な知見を得ることができる．
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