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2017 年度 実施状況報告書

マルチフィジックス流動シミュレーション手法の開発:ウェーブレットの視点から

研究課題

研究課題/領域番号 17K05139
研究機関名古屋大学

研究代表者

岡本 直也  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80547414)

研究分担者 芳松 克則  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (70377802)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード擬似圧縮 / ウェーブレット / 非圧縮流れ
研究実績の概要

非圧縮性流れの解法として様々なスキームが用いられている。今年度は、(a)スペクトル法、(b)差分法、(c)擬似圧縮手法をとりあげ、外力下での3次元一様等方性乱流に対し手法の比較を行った。外力は非圧縮なランダムフォーシングを用い、手法(a)から(c)において、すべて同じ時間履歴をもつ外力を低波数のみに与えた。(b)の差分法として、6次精度コンパクト差分を用いた。(c)も空間の離散化には同じコンパクト差分を用い、擬似マッハ数はMa=0.1とした。時間発展には4次のRunge-Kutta法を用い、すべての手法で同じ時間刻みを与えた。(a)~(c)では、速度・圧力は同一の点で定義されている。格子点数N=256^3に対し(a)から(c)により計算を行った。正解場はN=512^3で(a)で計算してえられた場とした。エネルギーの時間発展をt=0から5Tまで調べたところ(Tは大きなスケールの渦回転時間)、手法(a),(b)は正解場と誤差2%程度の近い値を示し、(c)は後半の時刻(t=3Tから5T)においては、誤差が4%程度であることがわかった。一方で、エンストロフィーの時間発展は、どの手法も5%程度の誤差であることがわかった。
またウェーブレットフィルタリングをオイラー方程式に適用しノイズ除去に基づくレギュラリゼーション手法の開発を行った。この手法によって数値計算された場のエネルギースペクトルは、波数の-5/3乗のスペクトルをもつことがわかった。詳細は文献(Farge et al., Phys. Rev. E 96, 2017)を参照されたい。

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

コンパクト差分による非圧縮流体スキームや、それを利用した擬似圧縮手法が、外力下での3次元一様等方性乱流の統計をどの程度再現するかの知見が得られ、またウェーブレットは流れのアダプティブなレギュラリゼーション手法として有効であることがわかった。この知見は、本研究課題における今後のスキーム開発に有用な知見を与えると考えられるため。

今後の研究の推進方策

擬似圧縮手法を異なるMa数、壁のある系で検証を行う。熱流束ありの複雑境界を扱うことのできるペナライズ手法の検証を行う。

次年度使用額が生じた理由

研究分担者に1万円弱の未使用額が生じた。これは翌年度の分担金と合わせて国内出張旅費または専門書の購入に充てていただく予定である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Ecole Normale Superieure, Paris(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Ecole Normale Superieure, Paris
  • [国際共同研究] Aix-Marseille Universite, Marseille(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Aix-Marseille Universite, Marseille
  • [雑誌論文] Wavelet-based regularization of the Galerkin truncated three-dimensional incompressible Euler flows2017

    • 著者名/発表者名
      Farge Marie, Okamoto Naoya, Schneider Kai, Yoshimatsu Katsunori
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 96 ページ: 063119_1-11

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevE.96.063119

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Wavelet-based regularization of the Galerkin truncated three-dimensional incompressible Euler equations2017

    • 著者名/発表者名
      M. Farge, N. Okamoto, K. Schneider, K. Yoshimatsu
    • 学会等名
      70th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
    • 国際学会
  • [学会発表] 三次元非圧縮オイラー方程式のウェーブレットレギュラリゼーション2017

    • 著者名/発表者名
      岡本直也, Marie Farge, Kai Schneider, 芳松克則
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2017
  • [学会発表] Wavelet Regularization of 3D Incompressible Euler Flows2017

    • 著者名/発表者名
      Kai Schneider, Marie Farge, Naoya Okamoto, Katsunori Yoshimatsu
    • 学会等名
      the 16th European Turbulence Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Wavelet Regularization of Three-dimensional Incompressible Euler Flows2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Okamoto, Marie Farge, Kai Schneider, Katsunori Yoshimatsu
    • 学会等名
      Turbulence Colloquium at Mauna Kea: Recent Advances in Turbulence Research
    • 国際学会
  • [備考] 名古屋大学教員データベースシステム

    • URL

      http://profs.provost.nagoya-u.ac.jp/view/html/100002236_ja.html

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公開日: 2018-12-17  

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