2016 Fiscal Year Research-status Report
非定常非線形高分子流動のためのマルチスケールシミュレーション手法の開発
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15K17733
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
村島 隆浩 東北大学, 理学研究科, 助教 (50565520)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | マルチスケールシミュレーション / 高分子シミュレーション / 流体シミュレーション / 粒子法 / SPH / 粘弾性 / レオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子流体のマルチスケールシミュレーションの高解像度化のためのシミュレーションコードの開発と高精度化のための検証を行った。
マルチスケールシミュレーションの高解像度化のためには流体シミュレーション部分の粒子数を増やす必要があった。粒子数を増やすと計算時間が増大するために、並列計算が必須になる。流体シミュレーション部分の並列化を行うことにより、数百万粒子の流体粒子を扱えるようになった。並列化したマクロ流体シミュレーションをそのままマルチスケールシミュレーションに応用するには、ミクロな分子情報とマクロな流体粒子情報との間に不整合が生じる。そのため、マクロとミクロのシミュレーション間で情報のやり取りを行う前にデータの並べ替えを行うアルゴリズムを実装することによりこの不整合の問題を解決した。さらにマクロシミュレーションに用いるノード数とミクロシミュレーションに用いるノード数を調節することによりさらに高速化を実現することが可能になった。
またミクロシミュレーションから発生する熱揺らぎによるノイズの影響についての検証をはじめた。ある特定のレイノルズ数以下の流れではノイズの影響が大きく、解析解から大きく異なる結果になることが判明した。今後はこのノイズの影響を見積もり、レイノルズ数に応じたミクロシミュレーションの分子数の最適な数を見つけることで、マルチスケールシミュレーションの高精度化をはかりたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
最終目標としている高分子流体の非線形・非定常流動に関して、現在解析を行っている。低ワイゼンベルグ数、低レイノルズ数においては、ミクロシミュレーションに用いる分子数が比較的少量でも解析解とよい一致を示しているが、レイノルズ数はそのままで、ワイゼンベルグ数を大きくすると、解析解からずれてしまうことが観測される。これはミクロシミュレーションの分子数が少ないことから生じるゆらぎ（統計誤差）の影響で、本来はマクロスケールのシミュレーションでは流体の流れ場の速度に比べてずっと小さくなければならない。このゆらぎの大きさと流れ場の速度の大きさとの比がどれくらいになれば妥当な計算となるかを検証することが今後（今年度）の課題である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度はミクロのスケールのシミュレーションで用いる分子数をできるだけ増やすことで、数値解が解析解とどれくらい一致するかを検証する。これにより、マルチスケールシミュレーションの計算精度と必要な計算規模を推定するための指標を得る。また、レイノルズ数を増やすことで、少ない分子数で解ける条件の検討を行う。得られた結果を、学会発表、および論文としてまとめる。
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| Causes of Carryover |
残額が少なく用途が限られるため、次年度に繰り越すことで有効に活用したいと考えました。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
海外出張費30万円程度、国内出張費10万円程度、学会参加費10万円程度、データ解析用PC費10万円程度、計60万円を次年度使用する予定である。
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