微視的挙動解析に基づく懸濁液の界面不安定の発生メカニズムの解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23560190
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 瀬田 剛 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 准教授 (50308699)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 懸濁液 / 格子ボルツマン法 / 埋め込み境界法

研究概要

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、粒子と流体の微視的な挙動解析に基づく数値計算により解明することを目的とした。並列計算効率の高い格子ボルツマン法にGPGPU専用計算機を用いたことで、粒子分散系の計算が高速化された。ただし、本計算手法特有の固液界面近傍に発生する流速の滑りにより数値誤差が生じることが明らかになった。格子ボルツマン法の衝突則に適用させた二種類の緩和時間に対し、固液界面に発生する流速の滑りを除去するための関係式を解析的に導出し、更に、陰解法を用いることで、固液境界面への流体の漏れの問題も同時に解決できることを実証した。

研究成果

• [雑誌論文] Implicit- -correction-based immersed boundary- -lattice Boltzmann method with two relaxation times (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Seta, Roberto Rojas, Kosuke Hayashi, and Akio Tomiyama
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: Vol.89 [22 pages] ページ: 023307
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.89.023307
  • 査読あり
• [雑誌論文] 亀裂形状が亀裂内浸透に及ぼす影響に関する数値解析的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 荒木志帆、吉田秀典、瀬田剛
  • 雑誌名: 日本数理工学論文集 巻: Vol.13 ページ: 31-36
  • URL: http://gspsun1.gee.kyoto-u.ac.jp/JASCOME/denshi-journal/13/JA136.pdf
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immersed Boundary-Finite Difference Lattice Boltzmann Method Using Two Relaxation Times (2013)
  • 著者名/発表者名: Roberto Rojas, Takeshi Seta, Kosuke Hayashi, and Akio Tomiyama
  • 雑誌名: Journal of Fluid Science and Technology 巻: vol.8, No. 3 ページ: 262-276
  • DOI: 10.1299/jfst.8.262
  • 査読あり
• [雑誌論文] Implicit temperature- -correction-based immersed-boundary thermal lattice-Boltzmann method for the simulation of natural convection (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Seta
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: Vol.87 ページ: 063304(16)
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.87.063304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Flows about a Stationary and a Free-Falling Cylinder Using Immersed Boundary-Finite Difference Lattice Boltzmann Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Roberto Rojas, Kosuke Hayashi, Takeshi Seta, and Akio Tomiyama
  • 雑誌名: The Journal of Computational Multiphase Flows 巻: Vol.5, No.1 ページ: 27-42
  • DOI: 10.1260/1757-482X.5.1.27
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-Relaxation-Timeを用いたIB-LBMによる熱流動解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀬田剛、内田洋助、Roberto Rojas、林公祐、冨山明男
  • 雑誌名: 日本数理工学論文集 巻: Vol.12 ページ: 37-42
  • URL: http://gspsun1.gee.kyoto-u.ac.jp/JASCOME/denshi-journal/12/JA127.pdf
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immersed Boundary-Lattice Boltzmann Method Using Two Relaxation Times (2012)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Hayashi, Roberto Rojas, Takeshi Seta, and Akio Tomiyama
  • 雑誌名: The Journal of Computational Multiphase Flows 巻: Vol.4, No.2 ページ: 193-210
  • DOI: 10.1260/1757-482X.4.2.193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immersed Boundary-Finite Difference Lattice Boltzmann Method for Liquid-Solid Two-Phase Flows (2011)
  • 著者名/発表者名: Roberto Rojas, Takeshi Seta, Kosuke Hayashi, and Akio Tomiyama
  • 雑誌名: Journal of Fluid Science and Technology 巻: Vol.6, No.6 ページ: 1051-1064
  • DOI: 10.1299/jfst.6.1051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Smoothed Profile Methodを適用したLattice Boltzmann Methodによる熱流動解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 金森拓哉、瀬田剛
  • 雑誌名: 日本数理工学論文集 巻: Vol.11 ページ: 35-40
  • URL: http://gspsun1.gee.kyoto-u.ac.jp/JASCOME/denshi-journal/11/JA117.pdf
  • 査読あり
• [学会発表] IB-LBMによる多孔質体内の円柱周りの自然対流解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中川由孝、山口暢春、瀬田剛
  • 学会等名: 日本機械学会北陸信越支部第51期総会・講演会
  • 発表場所: 富山県立大学
  • 年月日: 2014-03-08
• [学会発表] 亀裂形状が亀裂内浸透に及ぼす影響に関する数値解析的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 荒木志帆、吉田秀典、瀬田剛
  • 学会等名: 計算数理工学シンポジウム2013
  • 発表場所: 洞爺観光ホテル
  • 年月日: 20131129-30
• [学会発表] ソース項を考慮した熱流動格子ボルツマン法に対する精度解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 瀬田剛
  • 学会等名: 日本混相流学会混相流シンポジウム2013
  • 発表場所: 信州大学長野キャンパス
  • 年月日: 20130809-11
• [学会発表] 格子ボルツマン法に基づく岩盤の亀裂内浸透解析去 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉田秀典、村宮諒哉、荒木志帆、瀬田剛
  • 学会等名: 第13回岩の力学国内シンポジウム、併催:第6回日韓ジョイントシンポジウム(The 13th Japan Symposium on Rock Mechanics & The 6th Japan - Korea Joint Symposium)
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター
  • 年月日: 20130109-11
• [学会発表] GPGPUによる連立方程式の高速化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山口暢春、山口銀河、奥村弘、瀬田剛
  • 学会等名: 日本機械学会北陸信越学生会第42回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 福井大学
  • 年月日: 2013-03-08
• [学会発表] 埋め込み境界法を用いたmulti-block格子ボルツマン法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山口銀河、山口暢春、瀬田剛
  • 学会等名: 日本機械学会北陸信越学生会第42回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 福井大学
  • 年月日: 2013-03-08
• [学会発表] Numerical analysis of thermal-hydraulics by immersed boundary-lattice Boltzmann method using two-relaxation-time (2012)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Seta, Yosuke Uchida, Roberto Rojas, Kosuke Hayashi, and Akio Tomiyama
  • 学会等名: ICOME/ JASCOME 2012
  • 発表場所: Rakuyuu Kaikan, Kyoto University, Kyoto, Japan
  • 年月日: 20121212-14
• [学会発表] Immersed Boundary-Finite Difference Lattice Boltzmann Method Using Two Relaxation Times (2012)
  • 著者名/発表者名: Roberto Rojas, Takeshi Seta, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
  • 学会等名: Ninth International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries CSIRO
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 20121210-12
• [学会発表] Two-Relaxation-TimeによるIB-LBMの速度のすべりの除去 (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀬田剛、Roberto Rojas、林公祐、冨山明男
  • 学会等名: 日本混相流学会年会講演会2012
  • 発表場所: 東京大学柏キャンパス
  • 年月日: 20120809-11
• [学会発表] Immersed boundary-finite difference lattice Boltzmann method using two-relaxation times (2012)
  • 著者名/発表者名: Roberto Rojas, Takeshi Seta, Kosuke Hayashi, and Akio Tomiyama
  • 学会等名: 日本混相流学会年会講演会2012
  • 発表場所: 東京大学柏キャンパス
  • 年月日: 20120809-11
• [学会発表] 多緩和時間格子ボルツマンモデルによる異方性多孔質体内自然対流解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 向井健二、瀬田剛、森口浩明、外山智也、内田洋助、金森拓哉
  • 学会等名: 第49回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場
  • 年月日: 20120530-0601
• [学会発表] 埋め込み境界法を適用した格子ボルツマン法による円柱周りの熱流動解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内田洋助、外山智也、瀬田剛
  • 学会等名: 日本機械学会北陸信越支部第49期総会・講演会
  • 発表場所: 金沢工業大学
  • 年月日: 2012-03-10
• [学会発表] 熱輸送を伴う移動境界流れ解析に対するSmoothed Profile Methodの適用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 金森拓哉、森口浩明、瀬田剛
  • 学会等名: 日本機械学会北陸信越支部第49期総会・講演会
  • 発表場所: 金沢工業大学
  • 年月日: 2012-03-10
• [学会発表] Smoothed profile-lattice Boltzmann methodによる濡れ性を考慮した混相流の数値解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀬田剛
  • 学会等名: 第25回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 20111219-21
• [学会発表] Immersed Boundary- -Thermal Lattice Boltzmann Method Based on the Implicit Correction Method for the Simulation of Natural Convection (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Seta
  • 学会等名: The Third Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow 2011
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20110922-26
• [学会発表] Implicit correction methodに基づく埋め込み境界法を用いた熱流動格子ボルツマン法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀬田剛
  • 学会等名: 日本混相流学会年会講演会2011
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
  • 年月日: 20110806-08
• [学会発表] Particulate Flow Simulation by the Immersed Boundary Lattice Boltzmann Method (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Seta
  • 学会等名: ASME-JSME- -KSME Joint fluids Engineering Conference 2011
  • 発表場所: ACT CITY Congress Center, Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 20110724-29
• [学会発表] Smoothed Profile Methodを適用したLattice Boltzmann Methodによる熱流動解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 金森拓哉、瀬田剛
  • 学会等名: 計算数理工学シンポジウム2011
  • 発表場所: 香川大学
  • 年月日: 2011-12-16
• [学会発表] Implicit Correction Methodに基づく埋め込み境界法を適用した格子ボルツマン法による自然対流解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀬田剛
  • 学会等名: 第47回北陸流体工学研究会
  • 発表場所: 金沢工業大学
  • 年月日: 2011-09-03
• [図書] JSMEテキストシリーズ機械工学のための数学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川井昌之、瀬田剛、鈴木雄二、大須賀公一
  • 総ページ数: 248(15-42)
  • 出版者: 丸善出版株式会社
• [備考]
  • URL: http://www3.u-toyama.ac.jp/seta/