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長谷川 雄太; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏
Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020), p.236 - 242, 2020/10
都市域の風況および汚染物質拡散は建造物や植生に強く影響されるため、従来のメソスケールモデルで記述することは困難である。この問題を解決するため、細分化格子ボルツマン法(LBM)を用いたGPUベースのCFDコードの開発を進めており、現在、数メートル解像度の汚染物質拡散のリアルタイム解析を実現している。しかし、このような高解像度のシミュレーションでは流れは極めて強い乱流状態にあり、計算結果は様々な計算条件の影響で大きく変化する。本研究では、このようなカオス状態のシミュレーションにおいて計算の信頼性を向上させるため、アンサンブル計算を実装し、不確かさの統計的評価を可能とした。開発したコードを用いてオクラホマシティにおける野外拡散実験JU2003の検証計算を行った。結果として、風況が実験とよく一致するとともに、トレーサガス濃度の平均値がアンサンブル計算と実験値の間でFactor2の条件(計算値と実験値の比が1/2から2倍の間にあること)を満たすことを確認した。
長谷川 雄太; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏
計算工学講演会論文集(CD-ROM), 25, 4 Pages, 2020/06
都市部における風況と汚染物質拡散のアンサンブル計算を行うため、局所細分化格子ボルツマン法を用いたGPUペースのCFDコードを開発した。本コードはPascalまたはVolta世代のGPUアーキテクチャ向けに最適化されており、数km四方の計算領域・数m解像度の格子において実時間で風況解析を行うことができる。開発したコードを用いて、オクラホマシティで行われたフィールド実験JU(Joint Urban)2003の再現計算を行った。計算では、風況は実験値とよく一致し、また、トレーサ濃度のアンサンブルの平均値および最大値がFactor2(計算値と実験値の比が1/2倍
2倍)の条件を満たすことを確認した。
長谷川 雄太; 小野寺 直幸; 朝比 祐一; 井戸村 泰宏
no journal, ,
格子ボルツマン法に基づく乱流計算に対して、アンサンブルデータ同化の一手法である局所アンサンブル変換カルマンフィルタ(LETKF)を実装した。計算コードはGPUで実装しており、格子ボルツマン法の実装にはCUDAを、LETKFの行列演算および固有値分解の実装にはcuBLASおよびcuSOLVERライブラリを用いた。実装したコードを用いて2次元等方性乱流を対象としたデータ同化実験を行った。より単純なデータ同化モデルであるナッジングとの比較を行い、LETKFがナッジングよりも高い精度を示すことを確認した。
下畑 和希*; 青木 尊之*; Sitompul, Y.; 渡辺 勢也*; Dawei, S.*
no journal, ,
土石流は、岩石のような浮遊物を伴う場合、人命や財産の安全を脅かし、被害を拡大させる。本研究では、数値流体力学(CFD)に基づく岩石の運動と力学特性のシミュレーションを実施した。流体相のシミュレーションにはキュムラント格子ボルツマン法(LBM)を、固相のシミュレーションには離散要素法(DEM)を用いた。液相には非ニュートン流体を適用した。界面捕捉法では、質量保存を維持するために保存型Allen-Cahn方程式を採用した。計算効率を向上させるために、CUDAプログラミングと適合格子細分化(AMR)法を適用した。
下畑 和希*; 青木 尊之*; Sitompul, Y.; 渡辺 勢也*
no journal, ,
土石流は人命にかかわる甚大な災害の一つであり,大きな岩石が含まれる場合には被害が増大する。本研究では、岩石運動と連成した岩屑自由表面流れのシミュレーションを実施した。流体力学にはキュムラント格子ボルツマン法を用い、岩石間および岩石と堤防間の衝突の表現には離散要素法を用いる。岩屑流には非ニュートンのビンガムモデルを適用した。1,000個の岩石を含む岩屑流が斜面上で加速され、ほとんどの大きな岩石は堤防に捕捉される。
Sitompul, Y.*; 青木 尊之*; 渡辺 勢也*; 杉原 健太; 高木 知弘*
no journal, ,
安定な液体薄膜による泡形成をモデル化するために、Multi Phase Field法とAdaptive Mesh Refinementを組み合わせたキュムラント格子ボルツマン法を開発した。提案手法では大きな密度比において質量保存を保ちながら、多数の気泡を含む3次元泡沫形成シミュレーションに成功した。さらに、提案手法を熱伝導計算に拡張し、断熱層としての泡の有効性を実証するために2次元の泡沫形成計算を行い、泡のある水とない水の熱伝達を比較した。本計算で泡沫が滞留空気層のように作用することで水温を保持できることを再現できた。
Sitompul, Y.; 杉原 健太; 渡辺 勢也*; 井戸村 泰宏
no journal, ,
高速炉の設計では、自由表面渦によるガス巻き込みを防止することが不可欠である。この現象を解析する従来のナビエ・ストークス法は計算コストが大きいため、格子ボルツマン法(LBM)のような代替アプローチを調べた。本研究では、二相流LBMを適用してガス巻込み解析の効率を向上させた。その結果、従来の手法と比較して優れた計算性能を示しながら、参照計算データと良い一致を示した。