研究課題
粒子と流体の微視的な挙動に基づく数値解析を用い、懸濁液の沈降時に生じる界面不安定の発生メカニズムを解明することが目的である。当該年度は、埋め込み境界法の格子ボルツマン法への適用性について研究した。埋め込み境界法を格子ボルツマン法に適用した場合、外円は静止し、内円が一定の速度で回転する同心円筒間の剪断流れにおいて、緩和時間が増加すると、流速分布に歪みが発生する問題があった。二枚の平板の運動による剪断流を対象に、境界近傍で発生する速度の歪に対する解析解を導出した。格子ボルツマン法の衝突項に二種類の緩和時間を用いることで、流速の歪が除去されることが解析解から導かれ、数値実験によってその有効性が実証された。緩和時間の数を増加することで速度の歪は除去されたが、全計算領域において速度の大きさが理論解より小さくなってしまう問題が発生した。しかし、この問題は、埋め込み境界法で用いられる外力の導出に繰返し計算を適用することで解決した。格子ボルツマン法では計算条件を実験で用いられる実時間と合わせるため、格子ボルツマン法で用いられる無次元の粘性係数と実際の粘性係数との比から時間刻が算出される。このため、計算刻みの大きさは緩和時間に比例する。本研究において、二種類の緩和時間を用いることで、緩和時間が大きくなった場合にも、速度の歪がなく計算できることで、計算刻みも大きく出来るようになった。懸濁液の微視的解析において、多量の粒子を用いるため計算コストの問題があったが、本研究で提案した固液二相流解析手法により、時間刻み幅が大きく出来かつ、高精度に多粒子を計算出来るようになった。
2: おおむね順調に進展している
当該年度の研究目標は、埋め込み境界法を格子ボルツマン法に適用した場合に発生する流速の歪を取り除くことであった。二種類の緩和時間を用いることで、流速に発生する非物理的な歪の除去に成功しており、研究目標をほぼ計画通りに達成できているため。
当該年度に提案した計算手法をGPGPUに適用し、多粒子の沈降計算を実施する。粒子の運動、粒子同士の相互作用、粒子と流体との相互作用などの計算に対し、最適な並列化を進める予定である。また、多粒子が堆積したときに発生する粒子間相互作用力による計算上の不安定性の問題も同時に計決する予定である。
多粒子の沈降計算を実施するため、次年度にリリースされる次世代アーキテクチャ搭載のGPGPUを購入する予定である。また、格子ボルツマン法で問題とされた流速の歪の除去に成功した研究およびGPGPUへの多粒子の並列計算に関する研究について、論文および学会にて発表し、その旅費等に使用する予定である。
すべて 2011 その他
すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件)
Journal of Fluid Science and Technology
巻: Vol.6, No.6 ページ: 1051-1064
10.1299/jfst.6.1051
日本数理工学論文集
巻: 11巻 ページ: 35-40
