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2009 年度 実績報告書

自乗量保存形スキームとJFNK法による非線形流体連成問題の計算アルゴリズムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 21360081
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

森西 洋平  名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (40222351)

研究分担者 玉野 真司  名古屋工業大学, 工学研究科, 助教 (40345947)
キーワード流体工学 / シミュレーション工学 / 計算物理 / 流体連成問題 / JFNK法
研究概要

研究代表者は先に、圧縮性流れに対して先天的に自乗量保存形となる移流項の混合型を世界で初めて示した。本研究では、密度変化と格子変化に関する基礎式のアナロジーから、移動格子に適用可能なALE法に対する自乗量保存形の移流項を構成した。移流項の型の互換性と保存特性を満足するように離散化を行えば、移動格子に対しても移流項に起因する非線形不安定性を抑制しながら流れの非定常数値計算が安定に実行可能となることを示した。その際、非線形性の本質を捉えながら数値計算を実行可能とするため、強連成解法を導入した。流れおよびそれと連成する問題の基礎式を離散化すると、非線形離散システム方程式が得られる。このような非線形方程式の高速解法として従来からニュートン法が知られているが、ニュートン法の増分方程式に表れるヤコビ行列を直接扱うことは大規模問題に対し非現実的である。そこで本研究では、JF近似でヤコビ行列自身の計算と膨大な保存領域の確保を回避し、クリロフ部分空間反復法で増分方程式を解きニュートン法の手順で非線形離散システム方程式の解を得る手法、つまりJFNK法(Jacobian-free Newton Krylov method)を導入した。
以上の計算アルゴリズムを基に、FORTRANによる各種計算コードの作成を開始した。まず強連成解法の可能性を探るため、固定格子に対する非圧縮性流れの非分離解法によるコードを構成した後、移動格子に対する非圧縮性流れの計算コードを構成し,回転系振動格子乱流の数値計算を実施した。さらに、流体-構造連成問題の計算コード、粘弾性流体の計算コード、流体音響解析用計算コードの開発を開始している。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Skew-symmetric form of convective terms and fully conservative finite difference schemes for variable density low-Mach number flows2010

    • 著者名/発表者名
      森西洋平
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics 229

      ページ: 276-300

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 圧縮性流れの非定常数値計算に対する完全保存形差分スキーム2009

    • 著者名/発表者名
      森西洋平
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集 (B編) 75

      ページ: 2153-2162

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 完全保存形差分スキームとJFNK法による非圧縮性流れの非分離解法2009

    • 著者名/発表者名
      森西洋平, 福井岳人
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集 (B編) 75

      ページ: 2163-2172

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of rheological properties on drag reduction in turbulent boundary layer flow2009

    • 著者名/発表者名
      S.Tamano, M.Itoh, S.Hotta, K.Yokota, Y.Morinishi
    • 雑誌名

      Physics of Fluids 21

      ページ: 055101-1-12

    • 査読あり
  • [学会発表] Recent advancement of the fully conservative finite difference scheme2009

    • 著者名/発表者名
      森西洋平
    • 学会等名
      Japan-Korea CFD Workshop 2009
    • 発表場所
      Sendai Civil Center, Japan
    • 年月日
      2009-12-17
  • [学会発表] 動的接触角を考慮した気液混相流の数値解析2009

    • 著者名/発表者名
      古庄康裕, 松並弘, 森西洋平
    • 学会等名
      第23回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      仙台市民会館, 仙台
    • 年月日
      2009-12-17
  • [学会発表] コンパクト差分を用いた平行平板間非圧縮性乱流のLES2009

    • 著者名/発表者名
      八巻真人, 森西洋平
    • 学会等名
      第23回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      仙台市民会館, 仙台
    • 年月日
      2009-12-17
  • [学会発表] 回転系振動格子乱流のDNS2009

    • 著者名/発表者名
      加藤孝明, 森西洋平
    • 学会等名
      日本機械学会流体工学部門講演会
    • 発表場所
      名古屋工業大学, 名古屋
    • 年月日
      2009-11-08
  • [学会発表] [論文賞受賞記念解説] 非圧縮性流れに対する完全保存形の高次精度差分スキーム2009

    • 著者名/発表者名
      森西洋平
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2009
    • 発表場所
      東洋大学白山キャンパス, 東京
    • 年月日
      2009-09-02

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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