2018年4月 - 2023年3月
Navier境界条件の再定義:固体面における流体力学的境界条件の構築
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C) 基盤研究(C)
昨年度までに開発した平衡および非平衡な系を用いた固液摩擦係数計測手法を発展させて,フィッティング関数等の付加的な情報なしに流体力学的境界(壁)位置と固液摩擦係数を同時に同定できる手法を考案し,以前に計測を行ったものと同一のLennard-Jones系に適用して手法の妥当性を確かめた.この新手法を適用したところ,フィッティング関数を用いた手法では定数としていた流体力学的境界位置に実は周波数依存性があり,高周波な壁面の動きに対しては境界位置が壁表面に近づくということがわかった.
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本研究の工学応用を見据えた,Navier境界条件に対する埋め込み境界法(この手法により複雑形状境界上で滑り速度が発生するような流れ場の解析が可能となる)の開発も継続して行った.本研究ではNavier-Stokes方程式と複雑な熱流動方程式を連成することを視野に入れて,埋め込み境界射影法(Continuous-Forcing法の一種)をベースとした手法開発を行っている.従来のContinuous-Forcing法の枠組みではNavier境界条件のように微分を含む境界条件を精度良く離散化することが困難であるという問題があったが,今年度の研究ではこの問題に対し保存則に基づく解決策を考案し,様々な検証問題において良好な計算結果が得られることを確認した.
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これまでで単相流に対するNavier境界条件については一定の成果が得られたので,当初計画にはなかった接触線を伴う流れに対するNavier境界条件についても調査を開始した.今年度はMethod-of-Planeにおいて保存則を満たすように対流を評価する手法を開発し,分子動力学法による計算結果から接触線近傍での微視的な応力分布を得ることに成功した.これは先行研究においても例のない成果である.
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本研究の工学応用を見据えた,Navier境界条件に対する埋め込み境界法(この手法により複雑形状境界上で滑り速度が発生するような流れ場の解析が可能となる)の開発も継続して行った.本研究ではNavier-Stokes方程式と複雑な熱流動方程式を連成することを視野に入れて,埋め込み境界射影法(Continuous-Forcing法の一種)をベースとした手法開発を行っている.従来のContinuous-Forcing法の枠組みではNavier境界条件のように微分を含む境界条件を精度良く離散化することが困難であるという問題があったが,今年度の研究ではこの問題に対し保存則に基づく解決策を考案し,様々な検証問題において良好な計算結果が得られることを確認した.
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これまでで単相流に対するNavier境界条件については一定の成果が得られたので,当初計画にはなかった接触線を伴う流れに対するNavier境界条件についても調査を開始した.今年度はMethod-of-Planeにおいて保存則を満たすように対流を評価する手法を開発し,分子動力学法による計算結果から接触線近傍での微視的な応力分布を得ることに成功した.これは先行研究においても例のない成果である.
- ID情報
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- 課題番号 : 18K03929
- 体系的課題番号 : JP18K03929
この研究課題の成果一覧
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論文
14-
The Journal of Chemical Physics 159(2) 2023年7月10日 査読有り
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The Journal of Chemical Physics 156(5) 054701_1-15 2022年2月 査読有り最終著者責任著者
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Carbon 189(15) 162-172 2021年12月 査読有り
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The Journal of Chemical Physics 155(18) 184103-184103 2021年11月14日 査読有り
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The Journal of Chemical Physics 155(6) 064703-064703 2021年8月14日 査読有り最終著者
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Physical Review Research 3(3) 2021年7月27日 査読有り責任著者
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The Journal of Chemical Physics 153(3) 034701-034701 2020年7月21日 査読有り最終著者責任著者
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Physical Review Fluids 4(11) 114201 2019年11月 査読有り筆頭著者責任著者
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The Journal of Chemical Physics 151(15) 154501_1-13 2019年10月 査読有り最終著者責任著者
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Physical Review E 100(2) 023101_1-8 2019年8月 査読有り責任著者
MISC
1-
化学工学 87(3) 114-116 2023年3月5日 招待有り筆頭著者最終著者責任著者
講演・口頭発表等
10-
第72回高分子討論会 2023年9月27日 招待有り
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日本伝熱シンポジウム 2023年5月26日
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日本伝熱シンポジウム 2023年5月25日
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数値流体力学シンポジウム 2022年12月14日
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第36回数値流体力学シンポジウム 2022年12月14日
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日本流体力学会 年会2022 2022年9月29日
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第59回日本伝熱シンポジウム 2022年5月18日
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数値流体力学シンポジウム 2021年12月16日
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第35回数値流体力学シンポジウム 2021年12月15日
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化学工学会 粒子・流体プロセス部会 熱物質流体工学分科会 2021年9月21日 招待有り