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2015 年度 実績報告書

反応界面,相界面,固体壁面などの非平衡界面を統一的に扱う流体数理モデルの研究

研究課題

研究課題/領域番号 26630044
研究機関北海道大学

研究代表者

大島 伸行  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10217135)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード計算科学 / 数値流体力学 / 界面 / レベルセット法 / フェーズフィールド法
研究実績の概要

本研究では,代表的な界面現象の数理モデルであるフェーズフィールド法(PF)とレベルセット法(LES)に対して申請者が提案する4つの新しい定式モデル(①局所界面速度,②保存系定式モデル,③非平衡定式モデル,④複素数関数モデル)の数学的な類似性に着目して,様々な流体界面現象に統一的なアプローチによるモデル定式を示すことを目標とした.特に予混合火炎を想定した前2者のモデル(局所界面速度の伝搬性とエネルギー保存則)の関係を考察することで,局所界面速度を用いて拡張されたレベルセット方程式に対して曲率効果を包含するような新しい3次元定式を導いた.これは,レベルセット法の計算安定化に導入される界面厚さ分布の再初期化法と本質的に同等の効果をもち,また,特定の界面厚さ分布が満たされるとき一般的な界面移動モデルである任意の法線伝搬流および平均曲率流の粘性解を自然に与える定式であることが示唆された.さらに,背景物理量が分布をもつ場合へのモデル拡張の考察から,非予混合火炎に適用できる一般化火炎片モデルを新たに導出して,基礎的な層流火炎場での数値検証にて従来手法欠点を改善する結果を得た.
一方,界面の非平衡性の定式に関しては,分子動力学モデルによる気液が共存する非一様場において,従来十分な検討のなかった熱力学的圧力の局所定義をビリアル定理に基づき近似的に導出し,定義厚みに対する計算収束性と物理解との整合する結果を得た.これは,気液共存場での各相圧力を分子論的に与えるとともに,熱力学的平衡が成り立たない界面遷移領域における熱力学的圧力の新しい評価を与える可能性を示した.
複素数関数モデルに関しては,上記成果などを用いた展開を試みたが本研究では大きな進展を得ることができなかったため,今後の研究課題としたい.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] An extensional formulation for a diffusive solution of the level-set equation by considering a relation to the scalar conservation equation2016

    • 著者名/発表者名
      N.OSHIMA
    • 雑誌名

      Mechanical Engineering Letters

      巻: 2 ページ: 1-5

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 界面数理モデルに基づく非予混合燃焼におけるかん伝搬機構についての考察2016

    • 著者名/発表者名
      大島伸行
    • 学会等名
      第21回計算工学講演会
    • 発表場所
      新潟コンベンションセンター(新潟市)
    • 年月日
      2016-05-31 – 2016-06-02
  • [学会発表] 分子動力学法の局所圧力計算に対するビリアル定理の適用 に関する基礎的検討2015

    • 著者名/発表者名
      矢口久雄,宮澤拓也,大島伸行
    • 学会等名
      第29回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      九州大学(福岡市)
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-17
  • [学会発表] 予混合燃焼解析モデルの改良および層流部分予混合燃焼への適用2015

    • 著者名/発表者名
      Kim Jiun,大島伸行
    • 学会等名
      第53回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      つくば大学(つくば市)
    • 年月日
      2015-11-16 – 2015-11-18
  • [学会発表] 火炎面の曲率を考慮した予混合火炎モデル2015

    • 著者名/発表者名
      大島伸行
    • 学会等名
      日本機械学会第28回計算力学講演会
    • 発表場所
      横浜国立大学(横浜市)
    • 年月日
      2015-10-10 – 2015-10-12

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公開日: 2017-01-06  

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