| 研究課題/領域番号 |
19K20283
|
|---|
| 研究機関 | 東京大学 |
|---|
研究代表者 |
松永 拓也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (40782941)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| キーワード | 粒子法 / 数値流体力学 / 表面張力 / 自由表面 / 気液界面 / インクジェット / 液滴 |
|---|
| 研究実績の概要 |
昨年度の研究において作成および基礎検証を行った移動サーフェスメッシュ粒子法について、今年度は更に計算手法を拡張し実問題の解析へと発展させるための研究を実施した。以下に具体的な研究成果を示す。
（１）「軸対称座標系への拡張」：支配方程式を二次元座標系から軸対称座標系に変更することで、軸対称性を仮定した三次元流れの解析を行えるようにした。基礎検証として、円管ポアズイユ流れ、軸対称パッチテスト、球形液滴振動を計算し、妥当性を確認した。
（２）「粒子再配置アルゴリズムの作成」:軸対称解析では軸対称の支配方程式を用いるため、断面内の速度分布は二次元の連続の式を満たさない。これに起因して、界面が大きく変形する問題では粒子配置の粗密が増大して数値的に不安定化することがわかった。そこで粒子の移動速度を仮想的に二次元圧縮性流れとして解くことで粒子配置をおおよそ均一に保つことのできる新たな粒子再配置アルゴリズムを考案した。これにより軸対称解析における数値安定性が飛躍的に向上した。
（３）「連続式インクジェット解析」：実問題への適用例として連続式インクジェットの数値解析を行った。その結果、主液滴とサテライト液滴が生成される現象のシミュレーションに成功した。更に、流入速度に与える振幅の大きさを変えることで、破断長さやサテライトの有無が変化することも再現された。また、計算によって得られた液滴生成挙動の傾向が文献の実験結果と一致することが示された。
|
| 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
本研究課題では、実施項目を（１）粒子法を用いた流れの計算アルゴリズム、（２）移動サーフェスメッシュを用いた表面張力の計算アルゴリズム、（３）界面の境界条件の取り扱い、（４）トポロジー変化の取り扱いの開発、（５）実問題への適用に分けている。当初の計画では、（１）～（３）を2019年度、（４）～（５）を2020年度に実施する予定であった。実際には、（１）～（４）を2019年度に既に完了している。2020年度は、実問題として連続式インクジェットの数値解析を実施しており、計画通りに進展していると言える。また、数値解析の結果、連続式インクジェットの主液滴やサテライトの生成現象ならびに破断長さの変化等の再現に成功し、実験との定性的一致も得られている。このことから、開発手法の実用性を示すという目標も達成された。
|
| 今後の研究の推進方策 |
今後は、これまでに得られた研究成果を国内講演会や国際会議で発表する。また、研究成果をとりまとめた論文を執筆して、国内および国際ジャーナルにて発表する。それと並行して、さらなる手法の発展と実問題への適用を検討する。具体的には、現在の軸対称解析に回転速度成分を加えた軸対称回転流れに拡張したいと考えている。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルス感染症の流行により中止あるいはオンライン開催に変更となった学会があり、学会参加費や旅費として使用するはずだった額が浮いたことが次年度使用額が生じた主な理由である。翌年度は引き続き、プログラム作成、数値シミュレーション、データ可視化、論文執筆等を実施する予定である。そのため、数式処理ソフトウェア、C++コンパイラソフトウェア、計算機、データ記録媒体等の周辺機器を購入する。また、本研究を進める上で重要な知見を得るための調査、および本研究によって得られた成果を発表するために国際会議と国内講演会に参加する。さらに研究成果をとりまとめて国際ジャーナルへ英文論文として投稿するための費用にあてる。
|
