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2019 年度 実績報告書

機械学習を用いた高精度乱流モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 17K14588
研究機関大阪大学

研究代表者

清水 雅樹  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (20550304)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード乱流モデル / 機械学習 / 最適制御
研究実績の概要

[深層学習による乱流モデル]深層学習を用いて,蔵本-シバシンスキー方程式とチャネル流の乱流において低次元のモデルを構築した.いずれの場合も,有限自由度で状態が記述できるという散逸系の性質に基づいている.蔵本-シバシンスキー方程式においては,速度場のフーリエ級数の低波数モードをモデル入力,高波数モードをモデル出力としたモデルを構築した.系の有効自由度程度の入力次元をモデルに与えることで,数値計算の結果の2%ほどの相対誤差で系全体を復元できることを示した.チャネル流では,系の領域を2分割し,それぞれの領域の積分量の間の時間発展方程式を構築した.短時間の予測については相対誤差0.4%程度で予測が可能である
[DMDによる制御]二次元円柱後流における逐次的な不安定性による流れの複雑化について,動的モード分解(DMD)によってその時空間的特徴を分離できることを示した.分離したDMDモードを用いて流れを効率的に制御する手法を考案した.また,Newton法を用いて制御なしの解まで接続を行うことでナビエストークス方程式の解を得る手法を考案した.
[強化学習による流れの最適制御]ナビエ・ストークス方程式の解軌道上の状態が有限個の観測量で確定できるという性質を用いて,全流れ場の観測が不要である強化学習のアルゴリズムを提案した.行動価値関数を全観測量の関数で定義する代わりに,部分的観測量と制御パラメータの関数として修正することで,強化学習のアルゴリズムを流れの制御問題に低コストで適応可能になった.

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 5件)

  • [国際共同研究] Ecole polytechnique(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Ecole polytechnique
  • [国際共同研究] Monash University(オーストリア)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      Monash University
  • [雑誌論文] 矩形管流れにおける空間任意精度数値解法2020

    • 著者名/発表者名
      本部力斗 清水雅樹
    • 雑誌名

      ながれ

      巻: 39 ページ: 64-67

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bifurcations to turbulence in transitional channel flow2019

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Masaki、Manneville Paul
    • 雑誌名

      Physical Review Fluids

      巻: 4 ページ: 1-21

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.4.113903

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Subcritical transition to turbulence in wall-bounded flows: the case of plane Poiseuille flow2019

    • 著者名/発表者名
      Paul Manneville and Masaki Shimizu
    • 雑誌名

      Rencontre du Non Lineaire

      巻: 2019 ページ: 39-44

    • オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 水平貫通壁面間熱対流乱流における究極スケーリング2019

    • 著者名/発表者名
      川野晃季, 本木慎吾, 清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本伝熱シンポジウム
  • [学会発表] 水平貫通壁面間熱対流乱流における究極熱輸送2019

    • 著者名/発表者名
      川野晃季, 本木慎吾, 清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会年次大会
  • [学会発表] 貫通壁チャネル乱流における究極熱伝達2019

    • 著者名/発表者名
      津川健太郎,本木慎吾,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会年次大会
  • [学会発表] チェネル流の持続乱流発生過程と空間1次元のdirected percolation2019

    • 著者名/発表者名
      清水 雅樹,Paul Manneville
    • 学会等名
      日本流体力学会
  • [学会発表] 並進対称性を考慮した深層学習による乱流モデルの構築2019

    • 著者名/発表者名
      山崎優太、清水雅樹
    • 学会等名
      日本流体力学会
  • [学会発表] 動的モード分解を用いた円柱交流の特徴抽出と制御2019

    • 著者名/発表者名
      渡邊創一、川野晃季、清水雅樹
    • 学会等名
      日本流体力学会
  • [学会発表] 深層強化学習による物体の推進運動最適化2019

    • 著者名/発表者名
      久保晃、清水雅樹
    • 学会等名
      日本流体力学会
  • [学会発表] 貫通壁チャネル乱流における非相似的伝熱促進2019

    • 著者名/発表者名
      稲田健汰、本木慎吾、清水雅樹、河原源太
    • 学会等名
      日本流体力学会
  • [学会発表] 水平貫通壁面間熱対流の究極状態2019

    • 著者名/発表者名
      川野晃季、本木慎吾、清水雅樹、河原源太
    • 学会等名
      日本流体力学会
  • [学会発表] 水平貫通壁面間熱対流における定常解の構造及び統計的性質2019

    • 著者名/発表者名
      本木慎吾、河原源太、清水雅樹
    • 学会等名
      日本流体力学会
  • [学会発表] 遺伝的トポロジー最適化による非相似的伝熱促進体の開発2019

    • 著者名/発表者名
      久保晃,河原源太,清水雅樹
    • 学会等名
      日本機械学会流体工学部門講演会
  • [学会発表] 矩形管乱流における空間任意精度数値解法2019

    • 著者名/発表者名
      本部力斗,清水雅樹
    • 学会等名
      値流体力学シンポジウム
  • [学会発表] チェネル流における乱流パターンの分岐2019

    • 著者名/発表者名
      清水 雅樹,Paul Manneville
    • 学会等名
      理論応用力学講演会
  • [学会発表] The transition to/from turbulence in channel flow2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Shimizu and Paul Manneville
    • 学会等名
      Statistical Physics of Complex Systems,Stockholm
    • 国際学会
  • [学会発表] Bifurcations of turbulent patterns in channel flow2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Shimizu and Paul Manneville
    • 学会等名
      European Turbulence Conference, Torino
    • 国際学会
  • [学会発表] Homoclinic Orbits to Streamwise-Localized Solution in Pipe Flow2019

    • 著者名/発表者名
      Julius Rhoan Lustro, Genta Kawahara and Masaki Shimizu
    • 学会等名
      Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics, Seattle
    • 国際学会
  • [学会発表] PHYSICAL MECHANISM OF DISSIMILAR HEAT TRANSFERENHANCEMENT BY VORTEX TUBE IN PLANE COUETTE FLOW2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Kubo, Genta Kawahara and Masaki Shimizu
    • 学会等名
      International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP11) Southampton
    • 国際学会
  • [学会発表] MULTISCALE THREE-DIMENSIONAL STEADY SOLUTIONS IN RAYLEIGH-BENARD CONVECTION2019

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Genta Kawahara and Masaki Shimizu
    • 学会等名
      International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP11) Southampton
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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