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長谷川 雄太; 青木 尊之*; 小林 宏充*; 井戸村 泰宏; 小野寺 直幸
no journal, ,
格子ボルツマン法を用いた空力解析を対象として、ブロック適合細分化格子法(AMR)を実装した。AMRにはforest-of-octreesに基づく木構造データを用い、領域分割法として空間充填曲線(SFC)を用いた。袖領域通信の削減のため、SFCに基づく領域分割に対して挿木法を提案した。これは、計算領域をいくつかの小領域に分割し、粗い構造格子的な領域分割と、細かいSFCによる領域分割に基づく階層的な領域分割を与える手法である。挿木法は、分割された領域の局所性を改善するとともに、袖領域の通信量および隣接プロセス数を削減することができる。Tesla V100 GPUスパコンで強スケーリングを測定したところ、挿木法により、従来のSFCに比べて1.82倍の高速化、および、128GPUで2207MLUPSの計算性能を達成した。
小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 長谷川 雄太; 中山 浩成; 下川辺 隆史*; 青木 尊之*
no journal, ,
本論文では、風況デジタルツインの実現に向けた現実的な乱流境界層再現のためのデータ同化手法を提案する。本研究グループでは、格子ボルツマン法に基づく汚染物質拡散解析コードCityLBMを開発している。CityLBMは、GPUスーパーコンピュータ上において、適合細分化格子法を用いることで、数km四方の実時間アンサンブル解析が可能である。ここでは、CityLBMの境界条件として、メソスケール気象予測モデルの風況データをナッジング法を用いて同化している。本研究では、観測データに基づいてパーティクルフィルタによりナッジング係数を動的に最適化する手法を新たに提案した。この手法により、終日の風況プロファイルが観測データと一致することが確認され、大気の状態が大きく変化する終日のシミュレーションに適用することが可能となった。
Wang, Z.; 杉山 智之
no journal, ,
Bubble dynamics are commonly encountered in a wide range of engineering applications. However, abrupt density and pressure drop would occur at the interface due to the discontinuity of fluid properties, e.g., density, viscosity and surface tension. Owing to the mathematical discontinuity, numerical simulation of bubble dynamic, especially for large density ratio, is always challenging. The Lagrangian particle methods, such as the Moving Particle Semi-implicit method (MPS), have attracted great attentions in simulating free surface and multiphase flows due to its distinct advantage in tracking moving interfaces. This study presents a new coupled particle method for bubble dynamic with large density ratio. The proposed scheme couples the incompressible MPS and Weakly Compressible MPS, representing the liquid and gas phases, respectively. The liquid-gas phase interface is explicitly represented by a moving interface mesh, consisting of discrete nodes. The stress balance equations at the interface are adequately enforced on these interface nodes. The surface tension is considered as a pressure jump at the interface rather than treated as volume force. Without applying the smoothing or averaging scheme, the density and viscosity are preserved discontinuous across the interface. Benefiting from the least squares scheme, axisymmetric formulation is straightforwardly introduced. To save computational cost, a multi-time step algorithm is developed further. Moreover, to maintain quasi-irregular particle distribution and control the multi-spatial resolution dynamically, a user-defined particle shifting scheme is proposed. Several benchmark tests are conducted to verify the accuracy and efficiency of the developed method. Satisfying agreements are obtained by comparing with reported numerical solutions and experimental data.
都留 智仁; Lobzenko, I.
no journal, ,
転位は金属材料において、塑性変形を決定する最も重要な格子欠陥である。転位の基本的な性質は、構造材料の延性や脆性に大きな影響を与え、転位と他の結晶欠陥との相互作用は、金属の力学特性を決定する上で重要な役割を担る。特に、BCC金属の塑性変形は、らせん転位がキンク機構を介して基本的に運動することで実現される。本研究では、希薄および高濃度BCC合金の軟化・強化挙動を第一原理計算の枠組みで評価する手法について検討した。まず、周期セル内の転位の導入は、転位双極子配列に対して連続体線形弾性理論の解を適用することで実現した。らせん転位のキンク過程を記述する新しい解析モデルを提案し、その基本的な性質を電子状態計算で評価した。そして、線張力モデルに基づく解析モデルを応用し、基本的な力学特性の予測を行った。
杉原 健太; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 山下 晋
no journal, ,
原子力機構では過酷事故時における原子炉内溶融物の移行挙動を解析するために多相多成分熱流動解析コードJUPITERの開発を進めている。JUPITERコードでは界面追跡法として計算精度の高いTHINC/WLIC法を採用し、比較的低流速の溶融材料の多相界面ダイナミクスを精度良く計算できるようになった。しかし、JUPITERコードを燃料集合体内の気液二相流に適用した場合、気泡の合体・分離が活発な乱流において界面からVOF(Volume of Fluid)値が剥がれ、小さなVOF値が漂うという問題がある。そこで、JUPITERコードに界面追跡法としてフェーズ・フィールド法を適用し、VOF値剥がれ問題を解決した。フェーズ・フィールド法を正しく適用するためには適切なパラメータを用いる必要があるため、本研究では液滴の微小振動現象を解析して理論解と比較することにより、モビリティや界面幅などのハイパーパラメータの感度解析を行なった。