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階層型連成現象シミュレーションによる燃料電池内の物質移動メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 23360079
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関北海道大学

研究代表者

大島 伸行  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10217135)

研究分担者 渡部 正夫  北海道大学, 工学研究院, 教授 (30274484)
栗原 央流  大分大学, 工学部, 准教授 (90344481)
矢口 久雄  群馬高等工業専門学校, 機械工学科, 講師 (20568521)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2014年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2012年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
キーワード数値流体力学 / 燃料電池 / 多孔質 / 物質輸送 / 連成解析 / 分子動力学 / 気液界面 / 気液海面
研究成果の概要

燃料電池システムの性能にかかわるマルチスケール流動現象の予測に焦点を当てて,分子動力学・非平衡熱力学モデル・非定常流動シミュレーションを連成する階層型連成シミュレーションの各階層,および,それらの連成に対して数理モデルの検討・改良を進めて,1)非定常連成シミュレーションによるセル,スタックレベルでの電池性能予測の実用性検証,2)格子ボルツマン法(LBM)に基づく気液界面シミュレーションの構築と検証,および,触媒層の水輸送モデルの構築,3)水分子ポテンシャルモデルとして6-siteモデルを用いた混合流体の気液相分子シミュレーションの構築,などの成果を得た.

報告書

(5件)
  • 2014 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて 2015 2014 2013 2012 2011 その他

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) 学会発表 (33件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Reduction of spurious velocity in the free-energy-based lattice2015

    • 著者名/発表者名
      Jia-ming GONG, Nobuyuki OSHIMA, Yutaka TABE
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Science and Technology

      巻: 10-1 号: 1 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1299/jtst.2015jtst0004

    • NAID

      130004942677

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 1.Transient analysis of gas transport in anode channel of polymer elelctrolyte membrane fuel cell with dead-end anode under pressure swing operation2014

    • 著者名/発表者名
      Ichikawa,Y., Oshima.N,Tabuchi,Y. Ikezoe,K
    • 雑誌名

      J. Power Sources

      巻: 272 ページ: 743-752

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2013.11.125

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 蒸発・凝縮への分子動力学の適用(曲率を有する界面)2014

    • 著者名/発表者名
      矢口久雄,藤川重雄
    • 雑誌名

      日本流体力学会 学会誌「ながれ」

      巻: 33-4 ページ: 367-374

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Water transport through the membrane of PEM fuel cel2014

    • 著者名/発表者名
      K.M.Salah Uddin, Litan Kummar Saha, Nobuyuki Oshima
    • 雑誌名

      American Jpurnal of Computational and Applied Mathematics

      巻: 4(6) ページ: 225-238

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Study of Pressure Drop Mechanism and Cross Flow Behavior in the Gas Channel and Porous Medium of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell2013

    • 著者名/発表者名
      K.M.Salahuddin, N.Oshima
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Science and Technology

      巻: 8 号: 1 ページ: 209-224

    • DOI

      10.1299/jtst.8.209

    • NAID

      130003366730

    • ISSN
      1880-5566
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Investigation of Cross Flow on the Performance of Polymer Electrolyte Fuel Cell2013

    • 著者名/発表者名
      K.M.Salahuddin, N.Oshima
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Science and Technology

      巻: 8 号: 3 ページ: 586-602

    • DOI

      10.1299/jtst.8.586

    • NAID

      130003383982

    • ISSN
      1880-5566
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prediction of flow crossover in the GDL of PEFC using serentine flow2012

    • 著者名/発表者名
      Saha,L.K.
    • 雑誌名

      Journal of Mechanical Science and Technology

      巻: 26 (5) 号: 5 ページ: 1315-1320

    • DOI

      10.1007/s12206-012-0332-8

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of GDL deformation on the pressure drop of polymer electrolyte fuel cell separator channel2012

    • 著者名/発表者名
      Saha L.K., Oshima N., Taba Y.
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources

      巻: 202 ページ: 100-107

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2011.11.038

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Reduction of shape deformation in the free-energy-based lattice2015

    • 著者名/発表者名
      Jia-ming GONG, Nobuyuki OSHIMA, Yutaka TABE
    • 学会等名
      ASME interational conference on naochannels, microchannels and minichannels
    • 発表場所
      San Francisco (USA)
    • 年月日
      2015-07-06 – 2015-07-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 燃料電池触媒層への適用を想定した水分子の分子動力学ポテンシャル特性の検討2014

    • 著者名/発表者名
      キムヨンミン,大島伸行,矢口久雄
    • 学会等名
      27回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-12-17 – 2014-12-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] FrontFlow/red の最近の開発動向2014

    • 著者名/発表者名
      大島伸行
    • 学会等名
      日本機械学会計算力学講演会 先端技術フォーラム
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2014-11-22 – 2014-11-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Evaluation of Potential Models of Molecular Dynamics Simulation under the Water Condition in the Catalyst Layers of PEMFCs2014

    • 著者名/発表者名
      Y.KIM, H.Yaguchi, N.Oshima
    • 学会等名
      KSCFE annual Meeting
    • 発表場所
      慶尚(韓国)
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 多孔質流動モデルを用いたフィン付き円柱周りの流れ解析2014

    • 著者名/発表者名
      村上貴亮, 松岡博紀, 細貝和希, 栗原央流, 濱川洋充
    • 学会等名
      日本機械学会九州地区講演会
    • 発表場所
      大分
    • 年月日
      2014-09-19 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 混合界面における超臨界流体の物質輸送に関する分子動力学解析2014

    • 著者名/発表者名
      渡辺勢也,矢口久雄
    • 学会等名
      日本混相流学会混相流シンポジウム
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2014-07-28 – 2014-07-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Molecular Dynamics Simulation on Evaporation Molecules in a Vapor-Liquid Equilibrium State,2014

    • 著者名/発表者名
      Kazumichi Kobayashi, Kazumasa Hori, Hisao Yaguchi, Masao Watanabe
    • 学会等名
      29th International symposium on Rarefied Gas Dynamics
    • 発表場所
      西安(中国)
    • 年月日
      2014-07-13 – 2014-07-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] The Appropriate Blend Proportionality Factor for Two Staggered Grids for the Fractional Step Method-Coupled 3D Two-Phase-Flow Lattice Boltzmann Method2013

    • 著者名/発表者名
      J.Gong, N.Oshima, Y.Tabe, N.Todate
    • 学会等名
      日本流体力学会年会
    • 発表場所
      東京都小金井市 東京農工大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 燃料電池触媒層内の固気液3層界面に対する分子動力学的考察2013

    • 著者名/発表者名
      キムヨンミン,矢口久雄,大島伸行
    • 学会等名
      日本流体力学会年会
    • 発表場所
      東京都小金井市 東京農工大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 10. Molecular dynamics study of Nano-scale liquid-gas interface inspired by fuel cell catalyst layer2013

    • 著者名/発表者名
      Y.Kim, H.Yaguchi, N.Oshima, M.Watanabe, K.Kobayashi
    • 学会等名
      ASME Intrn. Conf. Nano/Micro/Mini-channels
    • 発表場所
      Hokkaido univ., Sapopro
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] The cross flow mechanism in the micro channel of a polymer electrolyte fuel cell, ASME Intrn. Conf. Nano/Micro/Mini-channels2013

    • 著者名/発表者名
      K.M.Salahuddin, N.Oshima, L.K.Saha
    • 学会等名
      ASME Intrn. Conf. Nano/Micro/Mini-channels
    • 発表場所
      Hokkaido univ., Sapopro
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Transient analysis of gas distribution in the anodic flow in a fuel cell stack2013

    • 著者名/発表者名
      Y.Ichikawa, N.Oshima,
    • 学会等名
      ASME Intrn. Conf. Nano/Micro/Mini-channels
    • 発表場所
      Hokkaido univ., Sapopro
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] The appropriate blend proportional factor value of two staggered grids used in the free energy based LBM with large density change2013

    • 著者名/発表者名
      J.Gong, N.Oshima, Y.Tabe
    • 学会等名
      ASME Intrn. Conf. Nano/Micro/Mini-channels
    • 発表場所
      Hokkaido univ., Sapopro
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] アルゴン―ネオン系におけるアルゴン液体の蒸発に関する分子動力学解析2013

    • 著者名/発表者名
      堀和雅,矢萩嵩人,竹内晋之輔,矢口久雄,小林一道,渡部正夫
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山市 岡山大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] PEMFCアノードセルチャンネル内の非定常物質輸送解析2013

    • 著者名/発表者名
      市川靖,大島伸行
    • 学会等名
      機械学会年次大会
    • 発表場所
      岡山市 岡山大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 9. 保存則に支配される非平衡界面におけるフェーズフィールド法に関する考察2013

    • 著者名/発表者名
      大島伸行
    • 学会等名
      計算工学会講演会
    • 発表場所
      東京都目黒区 東京大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 燃料電池触媒層への適用を想定した水分子の分子動力学ポテンシャル2013

    • 著者名/発表者名
      キムヨンミン,矢口久雄,大島伸行
    • 学会等名
      第27回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋市 名古屋大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Mass Conservation Improvement in LBM and Its Application in PEFC simulation2012

    • 著者名/発表者名
      Gong,J.
    • 学会等名
      日本機械学会2012年度年次大会
    • 発表場所
      金沢大学(金沢)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] A Three Dimensional Numerical Analysis of Pressure Drop and Cross Flow in a Serpentine Channel of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell2012

    • 著者名/発表者名
      K.M.Salahuddin
    • 学会等名
      日本機械学会2012年度年次大会
    • 発表場所
      金沢大学(金沢)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] OpenFOAMによる固体高分子型燃料電池内の水輸送シミュレーター開発2012

    • 著者名/発表者名
      栗原央流
    • 学会等名
      オープンCAE学会シンポジウム
    • 発表場所
      ハートフルスクエア (岐阜)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Investigation of Pressure Loss Mechanism and Cross Flow Behaviour in a Serpentine Separator and Gas Diffusion Layer of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell2012

    • 著者名/発表者名
      K.M.Salahuddin
    • 学会等名
      5th BSME Intern’l Conference on Thermal Eng.
    • 発表場所
      Islamic university of technology (Dhaka,Bangladesh)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 燃料電池アノードチャンネル内のガスパージシミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      外館直樹
    • 学会等名
      第26回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      国立オリンピック記念青少年総合センター(東京)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Interface coupling model for mass transport in multiple porous layers of polymer electrolyte fuel cell2012

    • 著者名/発表者名
      Oshima N., Hayashi G., K.M.Salahuddin, Qi B.
    • 学会等名
      8th KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering conference
    • 発表場所
      Sangdo Convensia Center (Korea)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Study of pressure drop in the separator channel and gas diffusion layer of polymer electrolyte fuel cell2012

    • 著者名/発表者名
      K.M.Salahuddin, Saha L.K., Oshima N
    • 学会等名
      8th KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering conference
    • 発表場所
      Sangdo Convensia Center (Korea)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Decision of the best blend proportional factor value of two staggered grids used in LBM for PEFC simulation2011

    • 著者名/発表者名
      Gong J., Oshima N., Kurihara E., Tabe Y.
    • 学会等名
      ASME 2011 9th conference on Nanochannels, Microchannels and Minichannels
    • 発表場所
      the University of Alberta in Edmonton (Canada)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Multi-physics coupling models for mass transport in polymer electrolyte fuel cell2011

    • 著者名/発表者名
      Oshima N.
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME joint fluids engineering conference
    • 発表場所
      アクトシティ浜松(浜松市)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Prediction of flow crossover in the GDL of PEFC using serpentine channel2011

    • 著者名/発表者名
      Saha K.L, Oshima N.
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME joint fluids engineering conference
    • 発表場所
      アクトシティ浜松(浜松市)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 保存系界面におけるレベルセット法とフェーズフィールド法2011

    • 著者名/発表者名
      大島伸行, Gong J.
    • 学会等名
      日本機械学会第24回計算力学講演会
    • 発表場所
      岡山コンベンションセンター(岡山市)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Numerical simulation of concurrent transport in catalyst layer on polymer electrolyte fuel cell2011

    • 著者名/発表者名
      Qi B., Oshima N., Liu J.
    • 学会等名
      自動車技術会秋季大会講演会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(札幌市)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] パッシブ型燃料電池における物質移動2011

    • 著者名/発表者名
      林元気, 大島伸行
    • 学会等名
      日本機械学会年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 固体高分子形燃料電池触媒層の極薄液膜におけるナノスケール拡散に関する分子動力学的研究2011

    • 著者名/発表者名
      矢口久雄, キムヨンミン, 大島伸行, 栗原央流
    • 学会等名
      日本機械学会年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Decision of the best blend proportional factor value of two staggered grids used in LBM for PEFC simulation2011

    • 著者名/発表者名
      大島伸行, 斉斌, 劉娟芳
    • 学会等名
      第48回伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      岡山コンベンションセンター(岡山市)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] What is needed for development of open-source CAE software?

    • 著者名/発表者名
      N.Oshima
    • 学会等名
      Japan-Korea CFD Workshop
    • 発表場所
      Nagoya univ., Nagoya
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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