• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

運動論的方程式に対する特性線法の開発と複雑境界値問題への応用

研究課題

研究課題/領域番号 22K18770
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
研究機関京都大学

研究代表者

辻 徹郎  京都大学, 情報学研究科, 准教授 (00708670)

研究分担者 田口 智清  京都大学, 情報学研究科, 教授 (90448168)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2024年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード分子流体力学 / 運動論的方程式 / 特性線法
研究開始時の研究の概要

分子スケールの流体力学では気体の振舞いをBoltzmann方程式によって記述するが,これは運動論的方程式の代表例である.Boltzmann方程式の解析によって微小スケールの気体や希薄気体の振舞いがはじめて正確に記述できるようになるため,運動論的方程式の解析手法の開発はマイクロ工学や真空工学の発展において重要である.本研究では,運動論的方程式の数値解析において,特性線法を基にした汎用性の高い数値解析手法を提案し,ベンチマーク問題の解析を通してその優位性や適用範囲を調べる.続いて,応用問題としてより複雑な境界値問題を解析し,提案手法の汎用性を示すとともに,実験との比較を通して妥当性を検証する.

研究実績の概要

①希薄気体流れにおける複雑境界・特異境界値問題の中でも空間対称性の高い円板周りの流れについて,特性曲線法をベースとした数値解析手法を発展させ,スーパーコンピューターにおける大規模並列計算に適応するよう開発を進めてきた.特に,円板から離れた遠方における漸近形をボルツマン方程式の漸近解析を用いた手法で求め,遠方場の条件に対する数値計算上の有限領域の制約から生じる誤差を低減する工夫を実装している.さらに,円板尖端近傍において尖端からの距離に応じた巨視量の振舞いに着目することで,流れ場によって生じる温度分布の形成,いわゆる熱分極効果に対する尖端部分の影響が明らかになりつつある.これは特性曲線法を用いることで精密な数値解析を行ったことで初めて得られる結果であり,本年度の主要な実績である(論文準備中).
②本課題の最終目的にて,発熱するヤヌス粒子の周りの流れに対する精密数値解析とその実験との比較を目指している.その実験部分の第一段階として,周囲流体の加熱に伴うマイクロ粒子周りの流れを可視化する実験を行った.ただし,可視化の困難さからこの実験は液体中で行っており,現在は気体中の実験に向けて拡張を計画している.可視化における工夫として,光ピンセットを用いたトレーサ粒子の捕捉を応用し,熱的に誘起される微小流れの検出に成功し論文発表を行った(T. Tsuji, S. Mei, S. Taguchi, "Thermo-osmotic slip flows around a thermophoretic microparticle characterized by optical trapping of tracers", Phys. Rev. Appl. 20, 054061, 2023).本成果は京都大学からプレスリリースされ,米国物理学会発行のオンラインマガジンPhysicsで紹介された.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

数値計算部分にはおいては,想定されていた以上に特性曲線法の計算が重く特に低希薄度領域での系統的な解析に時間を要しているが,着実にデータが蓄積され成果発表に向けて順調に研究が進んでいると言える.実験的な部分については,最終目的に照らし合わせると部分的な結果ではあるものの,当該分野の主要ジャーナルから出版されかつオンラインメディア等で紹介されたこと等から一定の進捗がある.

今後の研究の推進方策

数値解析については,2024年7月にドイツで開催される33rd International Symposium on Rarefied Gas Dynamics (RGD33)で発表予定であり,並行して国際学術誌への投稿論文の準備を進めている.スーパーコンピューターを用いた大規模解析を引き続き行い,系統的なデータの蓄積と複雑境界・特異境界値問題における基礎的知見の確立を目指す.実験部分については,2023年度にヤヌス粒子の作製のための蒸着装置導入が完了したため,本年度は実際にヤヌス粒子を作製し,流れ場の評価に向けた実験の準備を進める予定である.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (45件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (39件) (うち国際学会 9件、 招待講演 9件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Inverse Magnus Effect in a Rarefied Gas2023

    • 著者名/発表者名
      Taguchi Satoshi、Tsuji Tetsuro
    • 雑誌名

      Springer Proceedings in Mathematics & Statistics

      巻: 429 ページ: 53-74

    • DOI

      10.1007/978-3-031-35871-5_4

    • ISBN
      9783031358708, 9783031358715
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thermo-osmotic slip flows around a thermophoretic microparticle characterized by optical trapping of tracers2023

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Tetsuro、Mei Satoshi、Taguchi Satoshi
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 20 号: 5 ページ: 054061-054061

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.20.054061

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A simple model for laser-induced thermal convection in a microchannel2023

    • 著者名/発表者名
      Saito S.、Tsuji T.、Taguchi S.
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE

      巻: 12606 ページ: 1260612-1260612

    • DOI

      10.1117/12.3008360

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 円板を過ぎる希薄流の数値解析:特性線法による運動論的方程式へのアプローチ2023

    • 著者名/発表者名
      富田卓磨,田口智清,辻徹郎
    • 雑誌名

      京都大学工学研究科高等研究院・第 5 回先端流体理工学研究部門公開セミナー講演要旨集

      巻: - ページ: 58-65

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 特性線法を用いた分子気体流れの解析2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎
    • 雑誌名

      日本計算数理工学会・計算数理工学レビュー

      巻: 2023-1 ページ: 9-18

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 円板まわりのマイクロ気体流:スーパーコンピュータを用いた Boltzmann 型方程式の数値計算2024

    • 著者名/発表者名
      富田卓磨,田口智清,辻徹郎
    • 学会等名
      第 18 回 ICT イノベーション
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ボルツマン方程式の漸近理論を用いたマイクロスケール流れの解析:球を過ぎる気体の振舞い2024

    • 著者名/発表者名
      龍溪優希,田口智清,辻徹郎
    • 学会等名
      第 18 回 ICT イノベーション
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 光ピンセットを用いた粒子跡法によるマイクロ流れの計測2024

    • 著者名/発表者名
      橋本昇磨,辻徹郎,田口智清
    • 学会等名
      第 18 回 ICT イノベーション
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 集光レーザーによるマイクロ流路内の熱対流の簡潔なモデルとその解析2024

    • 著者名/発表者名
      齊藤駿,辻徹郎,田口智清
    • 学会等名
      第 18 回 ICT イノベーション
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 不連続的な壁面温度分布による希薄流れとクヌーセン帯問題2024

    • 著者名/発表者名
      田口智清
    • 学会等名
      第1回流体コロキウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical Analysis of a Rarefied Gas Flow past a Circular Disk: Peculiar Behavior near the Sharp Edge2024

    • 著者名/発表者名
      T. Tomita, S. Taguchi, T. Tsuji
    • 学会等名
      Japan-Taiwan Joint Workshop on Numerical Analysis and Inverse Problems
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Knudsen zone problem for a rarefied gas: A flow induced by a discontinuous wall temperature2024

    • 著者名/発表者名
      S. Taguchi
    • 学会等名
      Workshop on the recent progress of kinetic theory and related topics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Experimental evaluation of thermally-induced slip flows around a colloidal microparticle2023

    • 著者名/発表者名
      T. Tsuji, S. Mei, and S. Taguchi
    • 学会等名
      The 7th International Soft Matter Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 集光レーザーのマイクロ熱流体現象への応用2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎
    • 学会等名
      第 60 回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザーの光圧捕捉を援用したマイクロ粒子周りの流れの可視化手法の検討2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎,梅世哲,田口智清
    • 学会等名
      第 51 回可視化情報シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 光熱効果の分子流体現象への応用2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎
    • 学会等名
      第 1 回「光熱生体量子」ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱的に誘起されるすべり流れの可視化2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎
    • 学会等名
      ながれ研究交流会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 液体中のマイクロ粒子まわりに生じる熱すべり流の実験的評価2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎,梅世哲,田口智清
    • 学会等名
      日本流体力学会年会 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 不連続な温度分布を持つ平面境界により誘起される希薄気体流れの数値解析2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎,田口智清
    • 学会等名
      第 37 回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Optothermal fluidics の分子流体科学への展開2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎
    • 学会等名
      日本流体力学会年会 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] A simple model for laser-induced thermal convection in a microchannel2023

    • 著者名/発表者名
      S. Saito, T. Tsuji, and S. Taguchi
    • 学会等名
      The 10th Optical Manipulation and Structured Materials Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 一様外力によって駆動される希薄気体の流れにおける分子の有限体積効果2023

    • 著者名/発表者名
      清瀬遼,田口智清,辻徹郎
    • 学会等名
      日本流体力学会年会 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] イベント駆動型分子動力学法を用いた外力に駆動される希薄気体流の数値計算:分子の有限サイズの影響2023

    • 著者名/発表者名
      清瀬遼,田口智清,辻徹郎
    • 学会等名
      第 37 回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 微小球を過ぎる一様流における非線形性と希薄気体効果2023

    • 著者名/発表者名
      龍溪優希,田口智清,辻徹郎
    • 学会等名
      第 37 回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 粒子追跡法を用いたマイクロ流れの計測における光捕捉の応用2023

    • 著者名/発表者名
      橋本昇磨,辻徹郎,田口智清
    • 学会等名
      第 14 回マイクロナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 光圧の分子流体科学への展開2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎
    • 学会等名
      新学術領域研究「光圧ナノ物質操作」若手領域会議
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光と熱を用いた微小物質操作に関する実験とモデル化2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎
    • 学会等名
      生物とソフトマターに関する理論とシミュレーションについての研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光熱変換の分子流体力学への展開2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎
    • 学会等名
      第 70 回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 特性線法を用いた分子気体流れの解析2023

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎
    • 学会等名
      第 43 回計算数理工学フォーラム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 円板を過ぎる希薄流の数値解析:特性線法による運動論的方程式へのアプローチ2023

    • 著者名/発表者名
      富田卓磨,田口智清,辻徹郎
    • 学会等名
      第 5 回先端流体理工学研究部門公開セミナー
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 光ピンセットされたトレーサーによるマイクロ流れの可視化2023

    • 著者名/発表者名
      梅世哲,辻徹郎,田口智清
    • 学会等名
      第 17 回 ICT イノベーション
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 希薄気体流の剛体球分子動力学シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      清瀬遼,田口智清,辻徹郎
    • 学会等名
      シンポジウム:先端数理科学の目指すもの ―現象にかかわる「理」を理解する―
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 気体中の微粒子まわりの流れにおける非線形効果2023

    • 著者名/発表者名
      龍溪優希,田口智清,辻徹郎
    • 学会等名
      シンポジウム:先端数理科学の目指すもの ―現象にかかわる「理」を理解する―
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 集光レーザーによるマイクロ流路内の熱対流の解析2023

    • 著者名/発表者名
      齊藤駿,辻徹郎,田口智清
    • 学会等名
      シンポジウム:先端数理科学の目指すもの ―現象にかかわる「理」を理解する―
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Numerical analysis of unsteady rarefied gas flows around a sphere induced by impulsive rotation2022

    • 著者名/発表者名
      T. Tsuji, S. Taguchi, and M. Kotera
    • 学会等名
      The 32th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optothermal manipulation of particles in microfluidic systems2022

    • 著者名/発表者名
      T. Tsuji
    • 学会等名
      Japan-France Joint Workshop "Interacting Particle Systems and Fluid Mechanics: Theory and Applications"
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光熱効果により誘起される熱泳動と熱対流の共存状態における流路高さの影響2022

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎,田口智清,髙松宏基
    • 学会等名
      日本機械学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱泳動を用いた微小粒子輸送に関する実験および数理的研究2022

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎
    • 学会等名
      日本流体力学会年会 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Modeling and experiments on thermophoresis in microfluidic systems2022

    • 著者名/発表者名
      辻徹郎
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会関西支部分科会「非平衡流体への運動学的アプローチ」(第 9 回)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Source-sink-type condition for slightly rarefied gas flow driven by a discontinuous wall temperature2022

    • 著者名/発表者名
      S. Taguchi and T. Tsuji
    • 学会等名
      The 32th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical analysis of slow uniform flow past a circular disk by using the method of characteristics2022

    • 著者名/発表者名
      T. Tomita, S. Taguchi, and T. Tsuji
    • 学会等名
      The 32th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Analysis of a Slow Rarefied Gas Flow past a Circular Disk2022

    • 著者名/発表者名
      T. Tomita, S. Taguchi, T. Tsuji
    • 学会等名
      The 15th World Congress on Computational Mechanics (WCCM-XV)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 熱尖端効果と U 字型物体列を利用した一方向流れ2022

    • 著者名/発表者名
      田口智清,辻徹郎
    • 学会等名
      日本流体力学会年会 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 温度勾配によって生じるマイクロ粒子周りの流れの可視化手法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      梅世哲,辻徹郎,田口智清
    • 学会等名
      第 13 回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 研究者webpage

    • URL

      https://sites.google.com/view/tsujitetsuro/about

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-07-05   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi