| 研究課題/領域番号 |
18K13674
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
矢地 謙太郎 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90779373)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | トポロジー最適化 / 最適設計 / 設計工学 / 流体力学 / 構造最適化 / 数値流体力学 / レドックスフロー電池 / 電気化学反応 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、風力や太陽光といった自然エネルギーを貯蔵するための次世代蓄電システムとして注目を集めているレドックスフロー電池（RFB:Redox Flow Battery）の超高性能化に向けて、新たな最適設計法の開発を目指している。具体的には、RFBの電解液を輸送するための流路構造に着目し、効率的な電気化学反応と低い圧力損失を実現するために、トポロジー最適化を利用することで、革新的な流路のデザインの創出を図っている。なお、単に従来のトポロジー最適化を適用するのではなく、複合領域最適化の分野で研究が盛んに進められているマルチフィデリティ法のアイディアを取り入れることにより、本来は直接解くことが難しいトポロジー最適化問題を間接的に解くことに焦点を当てている。これにより、非線形の流れ場と電気化学反応を扱うRFBの複雑な流路設計問題を、効率的かつ系統的に解くことを可能にするフレームワークの構築を目指している。
これまでの研究実績としては、単純な流れ場を対象としたトポロジー最適化問題に対し、提案するフレームワークを適用し妥当性を検証した。更に、熱流体のようなスカラー輸送を扱う問題に対しても適用することで、妥当性と有効性を検証した。そして、RFBの流動場を対象としたトポロジー最適化問題に適用し、有望な設計代替案を系統的に導出することに成功した。これらの研究成果は構造最適化の分野の国際ジャーナルに投稿中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
トポロジー最適化とマルチフィデリティ法を融合したフレームワークを構築するにあたり、2018年の中頃には提案するフレームワークの妥当性の検証を済ませることができた。その後は、単純な例題から複雑な例題を通して有効性を検証し、2019年の2月にはレドックスフロー電池の流動場を対象とした方法論へと発展させることができた。この時点で、当初計画していた研究はほぼ完遂している。残す課題としては、物理モデルの高精度化と、各種設計パラメータの同時最適化の実現である。
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| 今後の研究の推進方策 |
上で述べたように、まずは物理モデルの高精度化に関する研究を推進する。具体的には、RFBの電気化学反応を高精度に再現することができる物理モデルを高フィデリティ解析に取り入れることで、より良い最適化構造の創出を図る。また、各種設計パラメータの同時最適化についても検討を進めていく。
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