|
SPH法やMPS法などの粒子法を用いた手法は、移動境界や自由境界を扱う際に、モデル化が容易である一方で、粒子法に固有のいくつかの問題点や課題が存在する。今年度は、流体ロープ(fluid rope)の座屈とコイル化(振動)過程をベンチマークとして、過去の実験結果等と定量的に比較することによって、計算の信頼性を向上させるいくつかの改良を行った。
《粒子法の評価と改良》表面張力を全く考慮しない数値計算においても、粘性の大きな領域での流体ロープの座屈やコイル化過程の数値計算は実験を定量的によく再現しており、当初懸念された、表面張力の影響や、SPH法で仮定されている圧力勾配の計算スキームの自由表面近傍での破綻は、あまり重要ではないことが判った。その一方で、流体が座屈などの大変形を行う際に、粒子の初期配置から生じる力学的な異方性が見られた。そうした影響を除去するための粒子配置の方法について検討し、比較的少ない流体粒子でも、良好な結果が得られるようになった。さらに、流体ロープや斜面流などの長時間的なシミュレーションを行うために、流れを乱すことなく境界で流体粒子を補給したり、領域外の粒子を削除するアルゴリズムの開発も合わせて行い、長時間にわたる現象の解析を可能とした。計算の大規模化については、プログラムのOperMP上への対応化を試みたが、顕著な速度の改善は見られず、次年度への課題として残された。
《結晶化を伴う粘性流体のダイナミクス》「金平糖」の形の形成過程で、粘性流体の薄膜流のダイナミクスが重要であることを指摘し、その現象論的な記述を行った。本研究で開発した手法を、結晶化(一次転移)を伴うような系に拡張する方法についても検討予定である。
|
