JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)

報告書番号: R16J0045

• 責任者: 福田 紘大(東海大学)
• 問い合わせ先: 福田 紘大(fukuda@tokai-u.jp)
• メンバ: 福田紘大
• 利用分類: 宇宙分野(ロケット)

概要

超音速混相乱流のLESモデル構築に向けて,高Mach数・低Reynolds数の球周り流れの直接解析(DNS)を行い,データベースを構築するとともに現象把握を行う.

目的

微粒子を含むロケットエンジン排気ジェットを対象とした,高Mach数固気/気液混相乱流(衝撃波等を含む気体中に粒子が混在する混相乱流)の特性把握とモデル化に向けて,高Mach数・低Reynolds数流れにおける単体粒子周りDirect Numerical Simulation(DNS)を行い,その結果に基づき,超音速混相乱流のLarge-Eddy Simulation(LES)モデルを検討する

目標

超音速混相乱流のLESモデル構築に向けて,高Mach数・低Reynolds数の球周り流れのデータベース構築と現象把握を行う.

参照URL

なし

スパコンの用途

スーパーコンピュータを用いることで,高Mach数・低Reynolds数の球周り流れの大規模数値解析を行い,現象の解明を行う.

スパコンの必要性

本事業では境界適合格子を用いた高Mach数・低Reynolds数流れにおける球周り流れのDNSにより球周り流れのデータベース構築を行う.計算コストの高いDNSによりデータベースを構築するには大規模解析を多数の条件で実施する必要があるため,本事業においてスパコンの演算能力は必須である.

今年度の成果

高Mach数・低Reynolds数における球周り流れの特性(抗力係数,流れ場の構造,渦放出のストローハル数,流れ場の様相)を明らかにした.球に温度を与えた解析や回転球の解析も行い,熱伝達や回転による揚力についても調査した.

Fig.1:速度勾配テンソル第二不変量の等値面で可視化した渦構造

Fig.2:回転球周りの圧力係数分布と流線 (Re = 300, M = 0.3–2.0)

成果の公表

査読付論文

1) Nagata, T., Nonomura, T., Takahashi, S., Mizuno, Y., and Fukuda, K., 'Investigation on subsonic to supersonic Flow around a Sphere at Low Reynolds Number of between 50 and 300 by Direct Numerical Simulation,' Physics of Fluids, API Publishing, Vol. 28, No. 5, 056101, 2016.

口頭発表

1) Nagata, T., Nonomura, T., Takahashi, S., Mizuno, Y., and Fukuda, K., 'Direct Numerical Simulation of Flow around a Rotating Sphere at High Mach and Low Reynolds Numbers Condition forsupersonic Gas-Particle Flow Analysis,' International Conference on Multiphase Flow 2016, Firenze, Italy, May, 2016.

2) Nagata, T., Nonomura, T., Takahashi, S., Mizuno, Y., and Fukuda, K., 'Investigation on Wake Vortex Structure of a Heated/Cooled Rotating Particle in Compressible Flows by Direct Numerical Simulation,' 7th International Conference on Vortex Flows and Vortex Models, Rostock, Germany, September, 2016.

計算情報

• 並列化手法: ハイブリッド並列
• プロセス並列手法: MPI
• スレッド並列手法: OpenMP
• プロセス並列数: 45, 92
• プロセスあたりのスレッド数: 2, 2
• 使用ノード数: 3, 6
• 1ケースあたりの経過時間(時間): 300, 410
• 実行ケース数: 80, 20

利用量

総仮想利用経費(円): 4,899,544

内訳

注記: 仮想利用経費=2016年度設備貸付費用の単価を用いて算出した場合の経費

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)