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2006 年度 研究成果報告書概要

マルチスケール流動現象に対するボルツマン/ナビエ・ストークス統合解法の研究

研究課題

研究課題/領域番号 17360079
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
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

森西 晃嗣  京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 教授 (20174443)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
キーワード統合解法 / マルチスケール流れ / マイクロ流れ / ボルツマン方程式 / 計算流体力学 / 希薄気体流れ / 気体分子運動論 / シミュレーション
研究概要

本研究課題では、平成17年度と18年度の2年間で、気体分子の平均自由行程のオーダから連続体のオーダまでのマルチスケール流動現象に対する、信頼性が高く経済的なボルツマン/ナビエ・ストークス統合(ハイブリッド)解法の研究開発を行った結果、次のような成果が得られた。
(1)効率の良いボルツマン/ナビエ・ストークス統合解法を構築するためには、演算負荷の多いボルツマン解法を流れ場の状態から判断した必要最小限の領域にのみ使用し、他の部分にはナビエ・ストークス解法を用いるのが望ましい。そこで、さまざまな流れの条件に対して解法の自動選択を可能にする評価関数の研究を行ったところ、基準マッハ数で正規化した密度と速度と温度のそれぞれの勾配に基づく局所クヌッセン数の最大値を評価関数とするのが適切であることが判明した。
(2)ボルツマン解法とナビエ・ストークス解法の統合に際しては、相互の従属変数の交換が必要であるが、ナビエ・ストークス解法からボルツマン解法への交換に対してはChapmann-Enskogモデルが最も有効であり、その逆にはナビエ・ストークス解法の数値流束を対応する分布関数の数値流束を積分した流束で置き換えることが安定性の点でも保存性の点でも優れていることが判明した。
(3)上記の評価関数と従属変数の交換法を採用した自己完結的なボルツマン/ナビエ・ストークス統合(ハイブリッド)解法コードを作成し連続体流れから自由分子流れの間の遷移流領域のシミュレーションを行ったところ、従来の単独のボルツマン解法を用いた場合と比較して、最大で100倍程度の計算効率の改善が実現できた。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2007 2006

すべて 雑誌論文 (9件)

  • [雑誌論文] Adaptive Boltzmann/Navier-Stokes Hybrid Method for Multi-Scale Gas Flow Simulation.2007

    • 著者名/発表者名
      Koji Morinishi
    • 雑誌名

      Computational Fluid Dynamics 2006, Springer

      ページ: 1-6

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] A Continuum/Kinetic Coupling Approach for Subsonic Transitional Regime Flows.2007

    • 著者名/発表者名
      Koji Morinishi
    • 雑誌名

      Coupled Problems 2007, Paper-189

      ページ: 1-4

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Multi-scale Flow Simulation Using a Kinetic/Continuum Hybrid Scheme2007

    • 著者名/発表者名
      Koji Morinishi
    • 雑誌名

      Computational Fluid Dynamics Journal 16・1(accepted)

      ページ: 1-12

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] A Continuum/Kinetic Coupling Approach for subsonic Transitional Regime Flows.2007

    • 著者名/発表者名
      Koji Morinishi
    • 雑誌名

      International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering, COUPLED PROBLEMS 2007 Paper-189, CIMNE

      ページ: 1-4

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Multi-scale Flow Simulation Using Kinetic/Continuum Hybrid Scheme2007

    • 著者名/発表者名
      Koji Morinishi
    • 雑誌名

      Computational Fluid Dynamic Journal 16-1

      ページ: 1-12

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Rarefied Gas Boundary Layer Predicted with Continuum and Kinetic Approaches.2006

    • 著者名/発表者名
      Koji Morinishi
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Conference on Boundary and Interior Layers (BAIL2006)

      ページ: 1-8

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] A Continuum/Kinetic Hybrid Approach for Multi-Scale Flow Simulation.2006

    • 著者名/発表者名
      Koji Morinishi
    • 雑誌名

      ECCOMAS CFD 2006, Paper 339

      ページ: 1-18

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Rarefied Gas Boundary Layer Predicted with Continuum and Kinetic Approaches.2006

    • 著者名/発表者名
      Koji Morinishi
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Conference on Boundary and Interior Layers, BAIL2006

      ページ: 1-8

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] A Continuum/Kinetic Hybrid Approach for Multi-Scale Flow Simulation.2006

    • 著者名/発表者名
      Koji Morinishi
    • 雑誌名

      European Conference on Computational Fluid Dynamics, ECCOMAS CFD 2006 Paper 339

      ページ: 1-18

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より

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公開日: 2008-05-27  

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