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直交格子法を用いた移動物体を含む気液二相相流の解析コードの開発と応用

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2017年4月~2018年3月)

報告書番号: R17JACA10

利用分野: JSS2大学共同利用

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  • 責任者: 高橋俊 東海大学
  • 問い合せ先: 高橋俊 takahasi@tokai-u.jp
  • メンバ: 高橋俊

事業概要

工学製品周りにおいて移動物体と気液二相流が干渉する流体現象は数多く存在する. 本研究ではロケット発射時の排気中の微粒子が圧力波に及ぼす影響の調査や,ヒートパイプ内部のメニスカス近傍で生じる水膜による熱伝導性への影響などを研究対象とする. これらの解析は高速な大規模計算が必要である複雑な混相流解析であり,産業的にも学術的にも大きな意義を有する.

参照URL

なし

JSS2利用の理由

マクロスケールの流れ場の予測と設計開発に応用できるモデル開発のため,本研究ではマイクロスケールの流れ場を直接数値計算し,統計的な諸量の評価を行う. 直交格子法と埋め込み境界法に基づく固気混相流解析は,直接数値計算で粒子と流体の相互干渉を正確に評価するために解析規模が大きい. さらに統計量を十分に発達した固気混相流解析で得るためには時間発展に多くの時間積分が必要である. また気液二相流解析では,表面張力の効果を考慮して複雑な気液界面を正確に捉えるために空間格子幅に加えて時間刻みを十分に小さくする必要があり,スパコンによる大規模解析が必要である.

今年度の成果

直交格子法と埋め込み境界法を応用して,高Mach数かつ低Reynolds数流れにおける多数の球を含む大規模解析を試験的に行った. また,粒子と流体の熱の授受に関して境界適合格子の結果と比較して精度検証を行った.

さらに,ヒートパイプ内部の熱流動現象を捉えるため,保存形レベルセット法による気液二相流解析手法を開発し,二次元上昇気泡問題等の解析を行い,本手法の妥当性を検証した.

Annual Reoprt Figures for 2017

図1: 速度勾配テンソル第二不変量の等値面で可視化した多数微粒子周りの渦構造

 

Annual Reoprt Figures for 2017

図2: 障害物周りの二次元上昇気泡の熱流体解析結果(右:水,左:R410a)

 

成果の公表

■ 査読付論文

1) Nagata, T., Nonomura, T., Takahashi, S., Mizuno, Y., and Fukuda, K, “Direct Numerical Simulation of Flow around a Heated/Cooled isolated Sphere up to a Reynolds Number of 300 under Subsonic to Supersonic Conditions,” International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 120, pp. 284-299, 2018.

■ 口頭発表

1)T. Nagata, T. Nonomura, S. Takahashi, Y. Mizuno, K. Fukuda. “Direct numerical simulation of flow past a sphere at a Reynolds number between 500 and 1000 in compressible flows,” 56th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Gayload Parms, Florida. January 2018.

2)Kuribayashi, T., Hamagata, Y., Mizuno, Y., Takahashi, S., Nonomura, T., Nagata, T., and Fukuda, K. “Investigation of Heat Transfer for a Flow around a Sphere in Cartesian Mesh by using Immersed Boundary Method,” MNTC International Symposium 2017, P123, Tokai University, Kanagawa, Japan, August, 2017.

JSS2利用状況

計算情報

  • 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: 289
  • 1ケースあたりの経過時間: 250.00 時間

利用量

 

総資源に占める利用割合※1(%): 0.48

 

内訳

JSS2のシステム構成や主要な仕様は、JSS2のシステム構成をご覧下さい。

計算資源
計算システム名 コア時間(コア・h) 資源の利用割合※2(%)
SORA-MA 4,099,214.20 0.52
SORA-PP 0.00 0.00
SORA-LM 0.00 0.00
SORA-TPP 0.00 0.00

 

ファイルシステム資源
ファイルシステム名 ストレージ割当量(GiB) 資源の利用割合※2(%)
/home 039.34 0.03
/data 10,375.98 0.19
/ltmp 2,075.20 0.16

 

アーカイバ資源
アーカイバシステム名 利用量(TiB) 資源の利用割合※2(%)
J-SPACE 13.67 0.59

※1 総資源に占める利用割合:3つの資源(計算, ファイルシステム, アーカイバ)の利用割合の加重平均.

※2 資源の利用割合:対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2017年4月~2018年3月)