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Wang, Z.; 杉山 智之; 松永 拓也*; 越塚 誠一*
Computers & Fluids, 247, p.105646_1 - 105646_21, 2022/10
被引用回数：3 パーセンタイル：22.87(Computer Science, Interdisciplinary Applications)This paper develops a highly accurate, multi-resolution particle method to simulate solid-liquid phase change coupled with the thermal flow. Instead of including the latent heat in the governing equation, the heat equations for solid and liquid phases are solved separately. A sharp interface model is proposed to represent the solid-liquid interface explicitly. The sharp interface, represented by discrete nodes, provides the Neumann boundary condition for pressure and the Dirichlet boundary condition for velocity/temperature, respectively. Based on temperature gradients in the solid and liquid phases, the positions of these interface nodes are updated every time step. The Eulerian-based formulation, rather than the conventional Lagrangian-based one, is utilized to minimize time step-dependent error. Up to 4th order spatial discretization scheme is adopted based on the Least Square Moving Particle Semi-implicit (LSMPS) scheme. Moreover, a geometry-based multi-resolution scheme is introduced to dynamically refine the spatial resolution near the interface for saving computational cost. The 1-D Stefan problem is firstly simulated to verify the accuracy of the proposed sharp interface model. Then, the consistency of the multi-resolution scheme is investigated by a convergence study of the Taylor-Green vortex problem. After that, numerical simulations of natural convection in a cavity are performed with different spatial resolutions and high order schemes. Resulted computational costs are compared and discussed. Finally, the problems of melting by natural convection with different Rayleigh numbers are investigated. The results achieved so far indicate that the multi-resolution and high order schemes have great potential to save computational cost.
北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 高木 靖彦*; 中村 智樹*; 廣井 孝弘*; 松岡 萌*; et al.
Nature Astronomy (Internet), 5(3), p.246 - 250, 2021/03
被引用回数：51 パーセンタイル：96.49(Astronomy & Astrophysics)2019年4月「はやぶさ2」ミッションは、地球に近い炭素質の小惑星(162173)リュウグウの人工衝撃実験を成功させた。これは露出した地下物質を調査し、放射加熱の潜在的な影響をテストする機会を提供した。はやぶさ2の近赤外線分光器(NIRS3)によるリュウグウの地下物質の観測結果を報告する。発掘された材料の反射スペクトルは、表面で観測されたものと比較して、わずかに強くピークがシフトした水酸基(OH)の吸収を示す。これは、宇宙風化や放射加熱が最上部の表面で微妙なスペクトル変化を引き起こしたことを示している。ただし、このOH吸収の強度と形状は、表面と同様に、地下物質が300
Cを超える加熱を経験したことを示している。一方、熱物理モデリングでは、軌道長半径が0.344AUに減少しても、推定される掘削深度1mでは放射加熱によって温度が200Cを超えて上昇しないことが示されている。これは、リュウグウ母天体が放射加熱と衝撃加熱のいずれか、もしくは両方により熱変化が発生したという仮説を裏付けている。
北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 荒井 武彦*; 仲内 悠祐*; 中村 智樹*; 松岡 萌*; et al.
Science, 364(6437), p.272 - 275, 2019/04
被引用回数：284 パーセンタイル：99.69(Multidisciplinary Sciences)小惑星探査機はやぶさ2のターゲット天体であるリュウグウは、始原的な炭素質物質で構成されていると考えられている。はやぶさ2に搭載された近赤外分光計(NIRS3)によって、天体の表面組成を得た。天体全体の観測で、弱く細い吸収が2.72ミクロンに確認され、OHを含む鉱物の存在を示している。弱いOH吸収と低いアルベドは熱やショックによって変質を受けた炭素質コンドライトに似ている。OHバンドの位置はほとんど一定であり、衝撃片の集合によって形成されたリュウグウは組成的に均質であることを示している。
岩田 隆浩*; 北里 宏平*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 荒井 武彦*; 荒井 朋子*; 平田 成*; 廣井 孝弘*; 本田 親寿*; 今栄 直也*; et al.
Space Science Reviews, 208(1-4), p.317 - 337, 2017/07
被引用回数：54 パーセンタイル：69.00(Astronomy & Astrophysics)C型小惑星リュウグウを目指す小惑星探査機ハヤブサ2に搭載された近赤外分光計NIRS3は1.8から3.2ミクロンまでの感度を持つ。NIRS3は小惑星の反射スペクトルを計測することで、3ミクロンバンドに現れる水に起因する吸収を検出することを目的としている。InAsフォトダイオードリニアイメージセンサと188Kでの動作を可能とする受動冷却システムによって、本分光計は十分な感度とダークノイズを達成できる。NIRS3フライトモデルは打ち上げ前に地上で性能評価実験が行われ、小惑星表面の水質変成度を決定できるだけのSN比があることが確認された。小惑星表面の計測では、小惑星の熱変性度や、炭素質コンドライトとの対応関係を明らかにできるだろう。
内海 隆行*; 矢部 孝*; Koga, J. K.; 青木 尊之*; 関根 優年*; 尾形 陽一*; 松永 栄一*
Journal of Computational Physics, 196(1), p.1 - 7, 2004/05
被引用回数：3 パーセンタイル：20.34(Computer Science, Interdisciplinary Applications)高強度レーザーのガスやクラスターへの照射によるイオン化現象を利用して、高調波発生,X線レーザー発振,高Z多価イオン源といった応用が期待されている。強レーザー電場中のイオン化の解析には通常の摂動論的手法の適用には限界があるために、非摂動論的手法の開発が世界的に進められている。非摂動論的手法としては、時間依存シュレディンガー方程式を直接解く手法がある。本論文では、流体方程式などの双曲型偏微分方程式の数値解析手法として開発された3次補間擬似粒子法(CIP)を基底関数の観点から再構成することにより時間依存,非時間依存シュレディンガー方程式の高精度数値解法としてCIP-BS法を提案する。CIP-BS法は、偏微分方程式及び境界条件を一意的にスパース行列のみを用いた離散方程式に変換し、計算効率を向上させることができる。本手法の有効性を平面波,クーロン場,morseポテンシャル場における解析により示す。
森戸 誠*; 藤井 俊*; 吉村 洸貴*; 眞田 幸尚; 馬場 尚一郎*; 松永 浩志*; 森 尚仁*; 佐藤 憲一郎*; 田原 淳一郎*
no journal, ,
無人採泥船(USV: Unmanned Surface Vehicle)の研究を行っており、福島第一原子力発電所近海の海底の放射線量調査を目標としている。このUSVは船上からコアサンプラとセンサを降下させ海底の砂泥のサンプリングと計測を行う。この時、調査機器と船体をつなぐケーブルの破断を防ぐために、船の位置や方位を保持する制御を行う。しかし、この位置、方位保持制御はいくつかの問題を持つ。・フィールドが海であり、風や波浪といった大きな外乱・外乱に強い制御手法では事前に運動モデルの作成が必要・船体から大質量の調査機器を投下するなどによる運動特性の変化これらの問題を解決することが重要である。そのため、外乱に強いSMC (Sliding Mode Controller)とニューラルネットワーク(NN)を組み合わせた制御手法が提案されている。そこで、既存の制御手法(SMC)に加算する補正入力としてNN制御を組み合わせる。本NN制御は目標の状態と現在の状態の差から補正入力を算出することで、現在の外乱や運動特性に合わせた補正入力を算出する。本研究で提案する手法は船体制御のためにSMCを1つと
とdotを用いたNNを2つ使用するものである。ここでとdotはSMCの制御パラメータである。具体的にはとdotを0にするような2つのNN制御を使用し、補正入力として制御する。これにより、のチャタリングや突発的外乱によるの急激な変化にも対応可能となる。シミュレーションと実機を用いた海域試験においてSMCとNN2つを使った提案手法では、振動的な動きが低減され、目標地点で位置保持と角度保持が良好に行えることを確認した。
Takir, D.*; 北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 荒井 武彦*; 仲内 悠祐*; 中村 智樹*; et al.
no journal, ,
宇宙航空研究開発機構(JAXA)の探査機・サンプルリターンミッション「はやぶさ2」は、地球近傍小惑星Ryuguに到着した。この小惑星は、原始的な炭素質天体に分類される。ここでは、「はやぶさ2」探査機に搭載された近赤外線分光器(NIRS3)の最近の観測結果を報告する。この観測は、リュウグウの表面組成の直接測定と、リターンサンプルのコンテクストを提供する。NIRS3は、観測された表面全体に2.72マイクロメートルを中心とする弱く狭い吸収特性を検出した。この吸収特性は、OHを含む鉱物の存在に起因する。また、NIRS3の観測により、リュウグウは探査機による近接観測で最も暗い天体であることが明らかになった。OHの強度と低いアルベドから、熱衝撃変成された、あるいは炭素に富む宇宙風化した始原的な水和炭素質コンドライトと一致する。
