| 研究課題/領域番号 |
18H01387
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
松尾 亜紀子 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70276418)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 爆発 / 固気混相流 / 数値解析 / 燃焼 / 安全評価 |
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| 研究実績の概要 |
本課題では、数値解析によって堆積炭塵燃焼の各プロセスに関して数値解析を行うものであり、 解析対象の物理現象解明と理解を最終的な目標としている。研究の独自性としては、圧縮性流体中での多分散系微粉体の挙動をCFD-DEMによって解明することが挙げられる。この試みは未だ報告が無く、粒子間衝突・粒子―気相間作用・燃焼といった複雑な干渉現象を含むことから、物理現象を再現する数学モデルの採用や燃焼モデル選択といった点も重要な要素となる。また、Eulerian-Lagrangian手法を用いることで演算量の負荷が増すことから、スーパーコンピュータでの解析コード実行のため、コードの完全な並列化(MPI)による高速化が必要となる。シンプルな流体解析をEulerian手法で実行するのであれば並列化・高速化は容易であるが、今回の解析対象(堆積炭塵燃焼)が含む化学反応や粒子追跡法(DEM)による二相流れにおいては、大並列による高速化そのものがチャレンジである。
解析には、東北大学SX-ACEスーパーコンピュータを利用し解析を行った。ネットワークを介した解析の実行となることから、当研究室において解析コード開発用の並列コンピュータ(SX-ACE使用時を想定し、ノード間の通信速度を高速化)を初年度に整備したので、解析コードの開発を容易に行える環境も整備済みである。 また、開発したコードの応用として、衝撃波と水液滴の干渉問題にも取り組み、Eulerian-Lagrangian手法による、多層流解析の展開を試みた。
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| 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
二次元解析コードの整備・開発は完了し、三次元解析コードの整備・開発は順調に進んでいる。また、MPIへの対応もほぼ完了している。開発したコードの応用として、衝撃波と水液滴の干渉問題にも取り組み、Eulerian-Lagrangian手法による多層流解析の展開を試みることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度が本課題の最終年度となる。本課題では、数値解析によって堆積炭塵燃焼の各プロセスに関して数値解析を行うものであり、解析対象の物理現象解明と理解を最終的な目標としている。研究の独自性としては、圧縮性流体中での多分散系微粉体の挙動をCFD-DEMによって解明することが挙げられる。この試みは未だ報告が無く、粒子間衝突・粒子―気相間作用・燃焼といった複雑な干渉現象を含むことから、物理現象を再現する数学モデルの採用や燃焼モデル選択といった点も重要な要素となる。また、Eulerian-Lagrangian手法を用いることで演算量の負荷が増すことから、スーパーコンピュータでの解析コード実行のため、コードの完全な並列化(MPI)による高速化が必要となる。シンプルな流体解析をEulerian手法で実行するのであれば並列化・高速化は容易であるが、今回の解析対象(堆積炭塵燃焼)が含む化学反応や粒子追跡法(DEM)による二相流れにおいては、大並列による高速化そのものがチャレンジである。
これまでの実績から、2次元及び３次元空間における圧縮性流体中での多分散系微粉体の挙動をCFD-DEM解析コードはほぼ完成することができた。最終年度である2020年度では、開発した解析コードを用いて数多くの解析を行い、また解析対象を拡張することで、研究成果として公刊論文への投稿を目指したい。
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| 備考 |
松尾亜紀子, 爆発現象等に関する安全工学の研究に従事する理工学部機械工学科女性教授ープラントにおける爆発現象ー, 高圧ガス, VOL.57,No.1, 2020, pp.23-27
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