OpenFOAMとCalculiXを用いた大動脈の流体構造連成解析
奈良 駿希, 髙嶋 英厳, 李 辰宇, 武田 量, 佐々木 克彦, 大島 伸行, 黒田 明慈, 横山 博一, 紙谷 寛之
計算力学講演会講演論文集, 2022.35, 15-05, 一般社団法人 日本機械学会, 2022年
日本語, Currently, biomechanical simulations of blood vessels and organs are widely used in medical research, and it is expected to realize rapid and accurate medical diagnosis by personalized biological simulations for each individual using high-speed and high-precision 3D modeling of the body internal geometry by Multi Detector-row Computed Tomography (MDCT) and Magnetic Resonance Imaging (MRI). In particular, biomechanical simulation approach using Open Source Software (OSS) has been developed for use in the medical field, and recently, its application to more challenging multiphysics simulation has been studied. However, OSS has many issues such as assurance of accuracy and validity of the analysis, the computation time and stability of Fluid-Structure Interaction (FSI), and the lack of analysis functions for complex phenomena. In particular, blood flow simulation using OpenFOAM, a fluid analysis OSS, has issues in the representation of blood pressure changes caused by pulsation and body movement, and the stability of coupled analysis in conjunction with other structural analysis software. In this study, we added the Windkessel model, which is one of the models for expressing blood pressure changes, to OpenFOAM and developed a two-way coupled multi-physics simulation approach using OpenFOAM and CalculiX. As an example of personalized biomechanical simulation, we applied the method to simulate blood flow in the thoracic aorta and evaluated its effectiveness.

Investigations into the Potential of using of Open Source CFD to analyze the Differences in Hemodynamic Parameters for Aortic Dissections (Healthy vs. Stanford Type A and B)　　　　　　　　　　　　　　　
Ryo Takeda, Fumiya Sato, Hiroichi Yokoyama, Katsuhiko Sasaki, Nobuyuki Oshima, Akiyoshi Kuroda, Hideyoshi Takashima, Chenyu Li, Shinya Honda, Hiroyuki Kamiya
Annals of Vascular Surgery, 2021年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

A Pilot Study on Pressure, Flow Rate and Wall Shear Stress within Healthy, Stanford A and B type Aortas using Open Source CFD　　　　　　　　　　　　　　　
Ryo Takeda, Fumiya Sato, Hiroichi Yokoyama, Katsuhiko Sasaki, Nobuyuki Oshima, Akiyoshi Kuroda, Hideyoshi Takashima, Chenyu Li
Annals of Vascular Surgery, 2021年, ［査読有り］
英語

Experimental and Numerical Study on Phase Change Material (PCM) for Thermal Management of Mobile Devices
Yusuke Tomizawa, Katsuhiko Sasaki, Akiyoshi Kuroda, Ryo Takeda, Yoshihiko Kaito
Applied Thermal Engineering, 98, 320, 329, 2016年, ［査読有り］
英語

111 温度変動場における内部構造を考慮したCF-AI複合材料の熱変形解析(材料力学IV)
山本 賢, 佐々木 克彦, 黒田 明慈, 武田 量, 片桐 -彰
北海道支部講演会講演概要集, 2013, 0, 21, 22, 一般社団法人 日本機械学会, 2013年, ［査読有り］
日本語

E231 潜熱蓄熱エマルジョンスラリーの冷却特性測定
植木 良和, 工藤 一彦, 黒田 明慈, 持田 明野, 小熊 正人
熱工学講演会講演論文集, 2002, 461, 462, 一般社団法人日本機械学会, 2002年
日本語, An experimental study was made to study the cooling characteristics of O/W emulsion slurry. While the slurry is cooled down, the temperature of the sample in an agitated tank was measured by a thermocouple, and the distribution of diameter of the emulsion particles was measured from the pictures captured by a microscope. As the result, it was shown that the temperature history during the cooling has two distinct flat phases. Diameter of the emulsion has strong effect in the temperature of the flat phase, when the diameter is longer, the temperature becomes high.

Analysis on inverse radiative load problem　　　　　　　　　　　　　　　
Kazuhiko Kudo, Akiyoshi Kuroda, Tatsuhiko Saito, Masahito Oguma
Proceedings of the International Conference on Inverse Problems in Engineering, 455, 461, ASME, 1998年
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, A method to solve inverse radiative load problems are developed and the validity of the method has been demonstrated. In the present study, a two-dimensional rectangular furnace is treated in which a rectangular heating object is set within the furnace and is heated by several heater elements set along the furnace walls. The distributions of the heat flux and the temperature of the heater elements required to realize specified heat flux along the surface of the heating object are properly estimated by using the singular value decomposition method (SVD), when the condition number of the singular values is chosen properly.

Improvement of analytical method on radiative heat transfer in nongray media by Monte Carlo method　　　　　　　　　　　　　　　
Kazuhiko Kudo, Hiroshi Taniguchi, Akiyoshi Kuroda, Maromu Ohtaka, Hiroshi Kakota, Masakazu Obata
Heat Transfer - Japanese Research, 22, 6, 559, 572, 1993年
英語, 研究論文（学術雑誌）, An accelerated method is developed for radiative heat-transfer analysis in nongray media by the Monte Carlo method. Instead of deciding all the parameters of each energy particle used in the Monte Carlo procedure by a stochastic method, the wave number assigned to each energy particle is determined by a deterministic method in the present study. This change in the Monte Carlo algorithm reduces the computation time to one-ninth of the original time. To reduce the amount of iteration required to converge the temperature profile in a nongray media layer, an acceleration factor is incorporated to determine the new values of temperature in each iterational loop. The value of the acceleration factor is found to be related to the optical thickness of each media element. By using an appropriate acceleration factor, the amount of iteration is reduced to one-fourth of the original. Moreover, the total computation time becomes 1/36 of the original by the two improvements.

オープンソースソフトウェアーを用いた大動脈解離の流体構造連成解析
CHEN Junnan, 佐々木克彦, 本田真也, 武田量, 大島伸行, 黒田明慈, 横山博一, LI Chenyu, 高嶋英厳, 日本機械学会計算力学講演会論文集(CD-ROM), 32nd, 2019年

流体解析による大動脈解離後の血流評価および壁面せん断応力の推定
木島雄大, 武田量, 横山博一, 黒田明慈, 大島伸行, 佐々木克彦, 日本機械学会バイオフロンティア講演会講演論文集(CD-ROM), 28th, 2017年

OS14-4 Phase Change Materials and High Thermal Conductive Materials for Thermal Management of Smart Phones(Semiconductor Devices and Electronic Packaging 2,OS14 Electronic and photonic packages,APPLICATIONS)
Tomizawa Yusuke, Sasaki Katsuhiko, Kuroda Akiyoshi, Kaito Yoshihiko, Abstracts of ATEM : International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics : Asian Conference on Experimental Mechanics, 2015, 14, 210, 210, 2015年10月04日
一般社団法人日本機械学会, 英語

S0220304 脈動流による血管変形を考慮したステント拡張解析
星野 あまね, 黒田 明慈, 佐々木 克彦, 武田 量, 年次大会 : Mechanical Engineering Congress, Japan, 2015, "S0220304, 1"-"S0220304-5", 2015年09月13日
Stenting is a common treatment of stenosis. One of problems of stent treatment is restenosis. Local hemodynamic factor such as low wall shear stress (WSS) is one of the reasons for restenosis. Therefore, blood flow analyses have been performed to clarify the restenosis mechanism. Fluid-Structure Interaction (FSI) is used for blood flow analysis to consider the interaction between fluid pressure and structure deformation. In this research, the effects of the deformed vessel by stenting and pulsating flow are analyzed using FSI. The stent expansion analysis was performed to obtain the deformed shape using FEM analysis software ANSYS Mechanical APDL. FSI analysis was performed to examine the effect of a pulsating vessel using ANSYS Workbench. An initial stent model was made based on the shape of before the expansion. The expanded stent model was also made based on the shape of the expanded stent. To reveal the effect of pulsatile on the blood flow after the stenosis, two boundary conditions were employed; rigid wall and FSI. Inlet flow rate was assumed to be expressed by a periodic function to reproduce the pulsating flow in the carotid artery. The results of velocity, pressure difference and WSS are shown for each model and condition. In the case of rigid wall, WSS at the stenting site is reduced by the expansion of the vessel., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

B121 相変化材料(PCM)を用いたスマートフォンの熱対策
冨沢 祐介, 黒田 明慈, 佐々木 克彦, 海藤 義彦, 松田 和幸, 熱工学コンファレンス講演論文集, 2014, "B121, 1"-"B121-2", 2014年11月08日
As smart phones become more complex, higher in performance and smaller in size, heat concentration at localized areas is becoming a problem. Phase change materials (PCM) have drawn attention as passive thermal management. In this study, simple experiments using PCM were conducted. The results showed that the saturation time increased with increase in the mass of PCM, and a relationship between the saturation time and the mass of PCM was a linear relation. Furthermore, the saturation time increased with decrease in the melting temperature of PCM. As a result, PCM is effective for the thermal management of smart phones., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

222 格子ボルツマン法による液滴の壁面衝突現象の解析(流体工学,バイオエンジニアリング)
夏目 慎也, 黒田 明慈, 北海道支部講演会講演概要集, 2014, 53, 43, 44, 2014年09月27日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

H133 高熱伝導材料を用いたスマートフォンケースの表面温度評価(OS-3:電子機器・デバイスの熱課題(3))
冨沢 祐介, 黒田 明慈, 佐々木 克彦, 海藤 義彦, 松田 和幸, 熱工学コンファレンス講演論文集, 2013, 255, 256, 2013年10月18日
As smart phones become more complex, higher in performance and smaller in size, heat concentration at localized areas is becoming a problem. Therefore, the aim of this paper is to examine the effect of high thermal conductive materials for heat dissipation in order to solve this problem. The thermal conductivity of the outer case of the smart phone was changed using finite element method (FEM) to simulate high thermal conductive materials or composite materials with anisotropy. The maximum temperature gradually decreased and the minimum temperature gradually increased with increasing the thermal conductivity of the outer case. Moreover, the thermal conductivity in the longer direction of the smart phone was important for lowering the maximum temperature. In this paper, it is found that applying high thermal conductive materials to the outer case is effective for uniforming the heat dispersing., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

112 太陽電池用シリコンの曲げ強度特性(材料力学IV)
吹谷 嵩文, 佐々木 克彦, 黒田 明慈, 武田 量, 北海道支部講演会講演概要集, 2013, 52, 23, 24, 2013年09月28日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

P-G1-1 マイクロ流体ディバイスを用いたVGCFの配向制御(P-G1 マイクロ熱流体,ポスターセッション論文)
大野木 成, 佐々木 克彦, 黒田 明慈, 張 旭, 片桐 一彰, 高橋 教雄, 永井 明夫, 伊藤 洋平, 垣辻 篤, マイクロ・ナノ工学シンポジウム, 2012, 4, 191, 192, 2012年10月21日
There is an urgent need to enhance the energy efficiency of various instruments. Carbon fiber-containing aluminum composite is expected to improve the ability of heat dissipation of heat exchanger, and heat sink. Especially, both carbon nanotube (CNT) and vapor-grown carbon fiber (VGCF), which is a kind of carbon fiber, have high thermal conductivity in axial direction, because of its high aspect ratio. Therefore, alignment of carbon fibers is a key factor to fabricate high thermal conductive composites using CNT and VGCF. In this study, a micro-channel was successfully fabricated and the possibility to control the alignments of VGCF using the contraction of the water flow in the micro-channel was confirmed. The method may have a benefit to fabricate high thermal conductive composites containing CNT and VGCF., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

VGCF・CNTを含むアルミニウム高熱伝導複合材料を用いたIGBTクーリングシステムの伝熱解析
佐々木克彦, 黒田明慈, 片桐一彰, 片桐一彰, 高橋教雄, 高橋教雄, 永井明夫, 永井明夫, 伊藤洋平, 伊藤洋平, 垣辻篤, Thermophys Prop, 33rd, 320, 322, 2012年10月03日
日本語

溝付チャネル内乱流と伝熱の数値解析
大西将気, 黒田明慈, 日本伝熱シンポジウム講演論文集(CD-ROM), 49th, ROMBUNNO.F311, 2012年
日本語

太陽電池パネルの熱変形のはんだ接続部への影響
安藤佑, 佐々木克彦, 黒田明慈, 日本機械学会北海道支部講演会講演概要集, 50th, 53, 54, 2011年10月01日
日本語

液滴衝突現象における2相流計算手法の比較
黒田明慈, 中西健市郎, 日本機械学会北海道支部講演会講演概要集, 50th, 107, 108, 2011年10月01日
日本語

J043011 Simulation of Alignment of CNT by Water Flow for Aluminum/CNT Composites([J04301]高分子基複合材料の加工と評価(1))
Zhang Xu, Kuroda Akiyoshi, Sasaki Katsuhiko, KATAGIRI Kazuaki, KAKITSUJI Atsushi, 年次大会 : Mechanical Engineering Congress, Japan, 2011, "J043011, 1"-"J043011-5", 2011年09月11日
Simulation of alignment of CNTs or VGCFs by the water contraction flow was carried out. The flow was reproduced using ANSYS CFX software and then the dynamic motion of CNTs transported by the flow was calculated. 2D contraction flow with upstream and downstream channel flows was used. And a CNT was modeled as a dumbbell-like element. The orientation angle of the elements at the end of the downstream flow channel was estimated. It is found that the ratio of upstream channel width to downstream channel width is the major factor for the alignment of the elements. And the absolute value of average angle 0.29 degree and minimum standard deviation 4.98 degree were obtained with upstream channel width 25 cm, contraction length 20 cm, downstream channel length 10 cm, and downstream channel width 1 cm., 一般社団法人日本機械学会, 英語

溝部を有するチャネル内流れの伝熱・流れ解析
氏家隆, 黒田明慈, 日本伝熱シンポジウム講演論文集(CD-ROM), 48th, ROMBUNNO.SP204, 2011年
日本語

壁面に衝突する液滴挙動の解析
屋敷俊輔, 黒田明慈, 日本機械学会北海道支部講演会講演概要集, 49th, 65, 66, 2010年11月07日
日本語

溝部を有するチャネル内流れの伝熱・流れ解析
氏家隆, 杉山清英, 黒田明慈, 日本機械学会北海道支部講演会講演概要集, 49th, 69, 70, 2010年11月07日
日本語

308 壁面に衝突する液滴挙動の解析(熱工学I)
屋敷 俊輔, 黒田 明慈, 北海道支部講演会講演概要集, 2010, 49, 65, 66, 2010年11月07日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

310 溝部を有するチャネル内流れの伝熱・流れ解析(熱工学I)
氏家 隆, 杉山 清英, 黒田 明慈, 北海道支部講演会講演概要集, 2010, 49, 69, 70, 2010年11月07日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

7・15 流体計測(PIV,超音波,可視化ほか)(7.流体工学,<特集>機械工学年鑑)
黒田 明慈, 日本機械学會誌, 113, 1101, 2010年08月05日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

第47回日本伝熱シンポジウムの報告
近久 武美, 大曽根 靖夫, 黒田 明慈, 桑原 不二朗, 坂下 弘人, 戸谷 剛, 中村 祐二, 山田 雅彦, 田部 豊, 伝熱 : journal of the Heat Transfer Society of Japan, 49, 208, 19, 28, 2010年07月01日
日本伝熱学会, 日本語

液滴衝突により生ずる壁部材応力・ひずみ解析
南貴士, 黒田明慈, 坂健太郎, 佐々木克彦, 日本材料学会学術講演会講演論文集, 59th, 453, 454, 2010年05月21日
日本語

716 液滴衝突により生ずる壁部材応力・ひずみ解析(衝撃問題の数値解析,材料・構造の衝撃問題,オーガナイスドセッション9)
南 貴士, 黒田 明慈, 坂 健太郎, 佐々木 克彦, 学術講演会講演論文集, 59, 0, 453, 454, 2010年05月21日
社団法人日本材料学会, 日本語

固体高分子型燃料電池ガス拡散層内細孔有効半径分布に及ぼすセパレータ・リブの効果
中川博史, 工藤一彦, 黒田明慈, 白石遼太郎, 日本伝熱シンポジウム講演論文集(CD-ROM), 46th, ROMBUNNO.B2-213, 2009年
日本語

矩形溝部を有するチャネル流の数値解析
大島裕史, 黒田明慈, 日本伝熱シンポジウム講演論文集(CD-ROM), 46th, ROMBUNNO.C2-135, 2009年
日本語

F107 固体高分子型燃料電池の親水性ガス拡散層内水分移動モデル化(OS-5 水素・燃料電池(1),一般講演,地球温暖化防止と動力エネルギー技術)
工藤 一彦, 黒田 明慈, 鈴木 隼人, 柴谷 章仁, 動力・エネルギー技術の最前線講演論文集 : シンポジウム, 2008, 13, 253, 254, 2008年06月18日
A model is developed to explain the water movement in a hydrophilic gas diffusion layer (GDL) of PEFC. In the model, a fine hydrophilic columnar fiber is set perpendicular to the surface of the catalyst layer covered by water film. The fiber stands in the channel air flow of the PEFC. The water climbs along the fiber surface up to several tens micron meters for fibers with a diameter range between 3 to 30 micron meters. The calculated results of the evaporation rate from a set of parallel fibers simulating GDL with a void fraction of 0.5 are shown to be much higher than the water generation rate at the catalyst layer with a power density of 1A/cm^2., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

G132 固体高分子形燃料電池疎水性ガス拡散層における水分透過モデル化(PEFC(水分))
工藤 一彦, 黒田 明慈, 山口 高志, 武岡 聖五, 渡辺 仁, 熱工学コンファレンス講演論文集, 2007, 0, 237, 238, 2007年11月23日
Cathode side gas diffusion layer (GDL) is modeled considering the behavior of water vapor, liquid water and oxygen diffusion. The model is consists of many parallel hydrophobic pores. By using the model, the current density at which water vapor starts to condense at catalyst side GDL is calculated for various values of GDL porosity and channel air humidity. As the results following results are obtained: the increase in the GDL porosity raises the current density at condensation initiation, and the increase in the supply air humidity reduces the current density., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

B112 固体高分子形燃料電池疎水性ガス拡散層における水分透過特性モデル化(分散エネルギーシステムにおける要素技術とその集積化1)
工藤 一彦, 黒田 明慈, 武岡 聖五, 島津 陽介, 熱工学コンファレンス講演論文集, 2006, 0, 39, 40, 2006年11月23日
In the present study, cathode side GDL of PEFC is modeled as a flat plate with many straight holes with different diameters. Using the model, the mechanism of flooding of PEFC is considered. In the study, water transmission and the oxygen diffusion through the holes are considered. As the generation volume of water in PEFC is very small compared with the volume necessary to overcome the pressure required for the water inflow through small conduits, small conduits are free from water inflow. Therefore, no flooding phenomenon occurs in GDL. It is thought that the relation between the thicknes..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

2327 平衡ダンベルモデルによるトムズ効果の数値計算(S42-5 複雑流体の流動現象(5),S42 複雑流体の流動現象)
黒田 明慈, 若園 昌幸, 年次大会講演論文集 : JSME annual meeting, 2006, 2, 67, 68, 2006年09月15日
Numerical simulation of drag reducing flow by Toms effect is carried out using the equilibrium dumbbell element model proposed by the authors. The drag reduction up to 37% drag reduction rate was reproduced by DNS of 2D channel flow in the previous study. In the present study, new character is added on the model, say, the dumbbell element which simulate a polymer can be cut by the stretching force in the fluid. Simulations of 2D channel flows (Re_□=120-600) are carried out and the drag reduction up to 50% drag reduction rate is reproduced by the modified model., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

「省エネルギーと新エネルギーの現状と将来」小特集号発刊に際して(<小特集>省エネルギーと新エネルギーの現状と将来)
黒田 明慈, 日本機械学會誌, 109, 1052, 2006年07月05日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

C151 二層構造ガス拡散層の自己水分管理機能測定(OS-16 先端技術に関わる熱交換過程I)
工藤 一彦, 黒田 明慈, 進士 禎一郎, 島津 陽介, 近久 武美, 熱工学コンファレンス講演論文集, 2005, 0, 123, 124, 2005年11月02日
In the present study, a new gas diffusion layer (GDL) with self water management is proposed. It is composed of double layered structure with a hydrophilic layer and a water transpiration layer. This GDL is intended to install outside the cathode catalyst layer. The GDL keeps water needed to humidify solid electrolyte layer by the hydrophilic layer and expels surplus water out of the GDL quickly by the water transpiration layer. In the present report, using simulated layers made of non-conducting hydrophilic inorganic sheet and quick-drying fabrics, the characteristics of the water manageme..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

「スペクトル法による数値計算入門」, 石岡圭一著, 東京大学出版会刊, 2004年11月発行, 232頁, 3,800円+税
黒田 明慈, ながれ : 日本流体力学会誌, 24, 2, 2005年04月25日
日本流体力学会, 日本語

トムズ効果による抵抗低減流れの数値解析(オーガナイズドセッション8 伝熱促進)
黒田 明慈, 鈴木 潤, 工藤 一彦, 熱工学コンファレンス講演論文集, 2004, 0, 207, 208, 2004年11月10日
A model to simulate the drag reduction by dilute addition of polymer or surfactant (Toms effect) is proposed based on the discrete element model. The dimension of the discrete element, which represents the polymer or the rod-like micelle, is very small compared to that of the velocity fluctuation of the fluid. So it is assumed that the element is in equilibrium state in the fluid and turns to the direction of an eigenvector of the velocity gradient tensor. And the macroscopic effect of the discrete elements is modeled as the stress assuming the elements are independent each other. Direct nu..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

平衡ダンベル要素モデルを用いた高分子溶液乱流抵抗低減流れの数値計算(S23-2 複雑流体の流れとその応用(2),S23 複雑流体の流れとその応用)
黒田 明慈, 鈴木 潤, 工藤 一彦, 年次大会講演論文集 : JSME annual meeting, 2004, 2, 187, 188, 2004年09月04日
A model to simulate the drag reduction by dilute addition of polymer or surfactant (Toms effect) is proposed based on the discrete element model. The dimension of the discrete element, which represents the polymer or the rod-like micelle, is very small compared to that of the velocity fluctuation of the fluid. So it is assumed that the element is in equilibrium state in the fluid and turns to the direction of an eigenvector of the velocity gradient tensor. And the macroscopic effect of the discrete elements is modeled as the stress assuming the elements are independent each other. Direct nu..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

E221 トムズ効果の乱流摩擦抵抗の低減機構について(E-22 乱流現象の制御,一般講演)
黒田 明慈, 鈴木 潤, 工藤 一彦, 日本流体力学会年会講演論文集, 2004, 0, 382, 383, 2004年08月09日
A model to simulate the drag reduction by dilute addition of polymer or surfactant (Toms effect) is proposed based on the discrete element model. The dimension of the discrete element, which represents the polymer or the rod-like micelle, is very small compared to that of the velocity fluctuation of the fluid. So it is assumed that the element is in equilibrium state in the fluid and turns to the direction of an eigenvector of the velocity gradient tensor. And the macroscopic effect of the discrete elements is modeled as the stress assuming the elements are independent each other. Direct nu..., 日本流体力学会, 日本語

Study on Super Cooling of Slurry Containing Phase Change Material
KUDO Kazuhiko, NAKATA Katsuhiro, KURODA Akiyoshi, OGUMA Masahito, Thermal science and engineering, 12, 4, 53, 54, 2004年07月01日
英語

On the Mechanism of Drag Reduction by Toms Effect
KURODA Akiyoshi, SUZUKI Jun, KUDO Kazuhiko, Thermal science and engineering, 12, 4, 9, 10, 2004年07月01日
英語

大学研究室めぐり(117)北海道大学大学院工学研究科機械科学専攻宇宙環境工学講座 宇宙熱物理工学研究室
工藤 一彦, 黒田 明慈, 持田 あけの, 工業加熱, 41, 4, 87, 92, 2004年07月
日本工業炉協会, 日本語

トムズ効果による乱流抵抗低減メカニズムについて : 離散要素モデルに基づく考察(OS.13 溶液・分散系のマイクロ・ナノ構造と流れの相互作用)
黒田 明慈, 鈴木 潤, 工藤 一彦, 日本機械学会関東支部総会講演会講演論文集, 2004, 10, 339, 340, 2004年03月03日
A model to simulate the drag reductoin by dilute addition of polymer or surfactant (Toms effect) is proposed based on the discrete element model. The dimension of the discrete element, which represents the polymer or the rod-like micelle, is very small compared to that of the velocity fluctuation of the fluid. So it is assumed that the element is in equilibrium state in the fluid and turns to the direction of an eigenvector of the velocity gradient tensor. And the macroscopic effect of the discrete elements is modeled as the stress assuming the elements are independent each other. Direct nu..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

ダンベル状微小要素の混入による乱流摩擦抵抗の低減機構(流体工学,流体機械)
黒田 明慈, 西堂 周平, 工藤 一彦, 日本機械学會論文集. B編, 70, 690, 303, 310, 2004年
To investigate the mechanism of drag reduction by addition of small elements in turbulent flows of Newtonian fluid, a direct numerical simulation (DNS) of turbulent channel flow has been carried out. Three types of element model (single sphere, rigid dumbbell (two beads are connected by a rigid rod), viscoelastic dumbbell (two beads are connected by a spring and a dashpot)) are used to know the essential function of the small element to reduce the drag in turbulent channel flow. The DNS results with dumbbell models show the drag reduction, while the drag increases with the single sphere mod..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

離散要素の概念に基づくトムズ効果のモデリング(流体工学,流体機械)
黒田 明慈, 工藤 一彦, 日本機械学會論文集. B編, 70, 698, 2531, 2537, 2004年
A model to simulate the drag reductoin by dilute addition of polymer or surfactant (Toms effect) is proposed based on the discrete element model. The dimension of the discrete element, which represents the polymer or the rod-like micelle, is very small compared to that of the velocity fluctuation of the fluid. So it is assumed that the element is in equilibrium state in the fluid and turns to the direction of an eigenvector of the velocity gradient tensor. And the macroscopic effect of the discrete elements is modeled as the stress assuming the elements are independent each other. Direct nu..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

C244 ダンベル要素混入流れの温度場の数値計算
黒田 明慈, 西堂 周平, 工藤 一彦, 熱工学コンファレンス講演論文集, 2003, 0, 425, 426, 2003年11月10日
A model to simulate the drag reductoin by dilute addition of polymer or surfactant (Toms effect) is proposed based on the discrete element model. The dimension of the discrete element, which represents the polymer or the rod-like micelle, is very small compared to that of the velocity fluctuation of the fluid. So it is assumed that the element is in equilibrium state in the fluid and turns to the direction of an eigenvector of the velocity gradient tensor. And the macroscopic effect of the discrete elements is modeled as the stress assuming the elements are independent each other. Direct nu..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

1003 微小要素を混入した乱流摩擦抵抗低減効果の数値シミュレーション
黒田 明慈, 西堂 周平, 工藤 一彦, 流体工学部門講演会講演論文集, 2003, 0, 129, 129, 2003年09月18日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

C-333 離散要素モデルに基づいたトムズ効果のモデリング
黒田 明慈, 西堂 周平, 日本流体力学会年会講演論文集, 2003, 0, 446, 447, 2003年07月28日
A model of Toms effect is proposed based on a discrete element model. The advantage of the calculation using a discrete model to the calculation using a constitutive equation is that the interaction between the element (polymer) and the medium fluid is directly treated and it is helpful to know the mechanism of the phenomenon. The scale of the discrete model, however, is usually much larger than that of the real polymer because of the restriction of the grid resolution for the flow simulation. The scale of the model should be nearly the same order of that of the turbulent fluctuation. So th..., 日本流体力学会, 日本語

TED-AJ03-270 NUMERICAL ANALYSIS OF SURFACE TENSION DRIVEN CONVECTION IN A LIQUID DROPLET USING A SPECTRAL METHOD :
KURODA Akiyoshi, TOTANI Tsuyoshi, KUDO Kazuhiko, Proceedings of the ... ASME/JSME Thermal Engineering Joint Conference, 2003, 6, 376, 376, 2003年
A three-dimensional numerical analysis is performed to study the Marangoni convection in a spherical liquid droplet cooled uniformly from its surroundings. Like the Benard cells observed on flat liquid surfaces cooled from the surface, the convection occurs even for curved liquid surfaces under appropriate conditions. The essential physical features of the phenomenon come from the fact that surface tension is a monotonous decreasing function of temperature in most fluids. Consider a hot liquid droplet cooling from its surface. When the free surface of a fluid layer is not under a uniform temperature, surface traction from the hot areas to cold areas causes a motion within the fluid. At the hot spot on the surface, warm fluid is drawn towards the surface from the inside of the droplet, which keeps the spot being hot. And this hot fluid spreads across the surface, cooling as it goes. The decrease in temperature across the surface is accompanied by an increase in surface tension that tends to maintain the convection. This phenomenon of the surface-tension-driven convection may affect the heat and mass transport within a small droplet in spray combustion or spray drying. And it may also play an important roll within a droplet under micro-gravity condition, a droplet radiator for example, which may be used as a compact heat-releasing device for space stations. In out study, a method is developed to analyze the three-dimensional transient Marangoni convection in a spherical liquid droplet that is cooled uniformly from its surroundings. As the field is unstable and is very sensitive to the temperature gradients along the surface, it is required for the numerical scheme to be highly accurate and be free from the effects of the polar and central singularities. For the purpose, a spherical harmonic spectral method was adopted to analyze the flow and temperature fields in the droplet on the spherical coordinates. And the transports equation of rƒ (r : radius coordinate, ƒ : velocity components, pressure, temperature) is numerically solved to avoid the singularity at the center of the droplet. The validity of the numerical method is checked at first. And some calculations are carried out to study the effects of parameters, i.e., Marangoni number, Prandt1 number, on the numerical results and it is found that the net heat transport rate within the droplet is affected by the surface tension driven convection when Ma>1000.[figure], 日本機械学会, 英語

LNGタンク底面・側壁同時加熱時のタンク内伝熱流動モデル実験(熱工学,内燃機関,動力など)
金澤 卓也, 工藤 一彦, 黒田 明慈, 津井 伸彦, 日本機械学會論文集. B編, 69, 682, 1488, 1494, 2003年
Heat and fluid flow in a layer heated from the bottom and the side walls simulating underground LNG tank is experimentally studied under high Rayleigh number (7.5×10^<10><Ra<1.5×10^<13>) conditions by electrochemical mass transfer technique. From the experiment, following results are obtained. When side walls are heated, the heat transfer along the bottom surface is reduced. Heat transfer along sidewalls is independent of bottom heating, and is modeled by an equation for laminar natural convection flow even for Ra>10^9. And convective flow pattern in the tank is visualized by Schlieren tech..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

E121 水平加熱平板上強制・自然対流共存時の熱伝達測定とその可視化
野口 透, 工藤 一彦, 黒田 明慈, 津井 伸彦, 熱工学講演会講演論文集, 2002, 0, 199, 200, 2002年11月06日
Heat transfer characteristics at the bottom of LNG tank When LNG is injected into a tank is simulated by combined forced and natural convection flow from horizontal heated flat plate. The experiment measured heat transfer coefficient in natural convection dominant region, combined convection region and forced convection dominant region in horizontal heated flat plate. From this, heat transfer characteristics of all of convection region is shown., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

E133 電気化学的手法を用いた LNG タンク内伝熱流動モデル実験
工藤 一彦, 金澤 卓也, 黒田 明慈, 津井 伸彦, 熱工学講演会講演論文集, 2002, 0, 209, 210, 2002年11月06日
Heat and fluid flow in a horizontal layer is experimentally studied high Rayleigh number conditions by electrochemical mass transfer technique. The experiment simulates a LNG tank heated from the bottom and the sidewalls and cooled from the top surface. From the experiment, following results are obtained. When sidewalls are heated, the heat transfer along the bottom surface is reduced. Heat transfer along sidewalls is independent of bottom heating, and is modeled by an equation for laminar natural convection flow even for Ra>(10)^9., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

F154 半導体処理用純水加熱用ふく射式高温サーキュレータの非灰色ふく射伝熱解析
尾川 智彦, 持田 あけの, 工藤 一彦, 黒田 明慈, 門谷 皖一, 熱工学講演会講演論文集, 2002, 0, 279, 280, 2002年11月06日
Heat transfer is analyzed in a radiatively heated pure water circulator. A halogen lamp is inserted along the axis of a cylindrical water passage made of quartz glass. The water and the lamp are separated also by quartz glass wall. To calculate the radiant heat absorbed by the water and the glass, spectral absorption coefficients of them are considered. To carry out non-gray radiative heat transfer analysis, whole spectral range is divided into 10 or 50 bands in the present study. By comparing the calculated results of the radiant heat absorbed by the water and the glass for sub-ranges divi..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

流体科学 : 機械工学年鑑(2000年)
豊田 国昭, 早川 道雄, 坂本 弘志, 松村 昌典, 白濱 芳朗, 新井 隆景, 溝端 一秀, 矢野 猛, 藤川 重雄, 冨田 幸雄, 石川 仁, 望月 修, 高橋 洋志, 河合 秀樹, 粥川 尚之, 羽二生 博之, 一條 眞古人, 黒田 明慈, 矢野 猛, 藤原 満, 風間 俊治, 保里 忠孝, 中村 秀樹, 石毛 秀明, 河田 真広, 若菜 英次, 松本 宏, 日本機械学會論文集. B編, 67, 660, 1870, 1880, 2001年08月25日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

部分負荷および負荷変動を考慮した住宅用コージェネレーションシステムの検討 : 熱工学 , 内燃機関 , 動力
小原 伸哉, 工藤 一彦, 黒田 明慈, 日本機械学會論文集. B編, 67, 655, 817, 825, 2001年
A prototype co-generation system for domestic houses is constructed, and cost reduction and energy saving of the system are studied. The system is constructed to use electricity either from utility or generated by the co-generation system. One of those two electric sources is selected by changeover switch according to cost-minimum control. In addition, by converting optimum amount of generated electricity to heat using an electric heater, the working point of the engine of the co-generation system is tried to be shifted to the highest efficiency condition. New control algorithm is developed..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

521 吹出・吸込による制御下にある壁面乱流温度場の構造(熱工学III)(オーガナイズドセッション(d)北海道における宇宙活動)
土田 弥幸, 黒田 明慈, 工藤 一彦, 北海道支部講演会講演概要集, 2000, 40, 222, 223, 2000年09月25日
A direct numerical simulation of the fully developed velocity and temperature fields in a turbulent channel flow was carried out. We applied a turbulence control to reduce the drag by blowing and suction on the channel walls. In such a flow, it is expected that the similarity between velocity and temperature fluctuations breaks down owing to the local pressure gradient near the blowing region. The unsteady behaviors of coherent structure in the channel flow under the active turbulence control were visualized and animated in this study., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

522 LNGタンク底部での強制対流・水平層自然対流共存伝熱のモデル実験(熱工学III)(オーガナイズドセッション(d)北海道における宇宙活動)
工藤 一彦, 黒田 明慈, 内山 康久, 津井 伸彦, 北海道支部講演会講演概要集, 2000, 40, 224, 225, 2000年09月25日
Combined forced and natural convection heat transfer from upward-faceing horizontal heated flat plate is nodeled by phenomenological method modifying natural convection heat transfer model at high layer. In this model, mixed or pure natural convection heat transfer coefficient is estimated as averaged one. In the model new boundary layer is assumed to start its growth from a position that previous layer finishes by releasing hot fluid plume "Thermal", and vanishes again at a point where a certain critical condition is satisfied. This theory can explain the transitional phenomena from pure f..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

305 球状液滴内表面張力対流のスペクトル法による数値解析
黒田 明慈, 津田 雄一郎, 工藤 一彦, 流体工学部門講演会講演論文集, 2000, 0, 49, 49, 2000年09月08日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

壁面からの吹出し・吸込みによる摩擦低減制御下にある壁面乱流温度場の数値解析
黒田 明慈, 広瀬 敬幸, 工藤 一彦, 日本機械学會論文集. B編, 66, 649, 2413, 2419, 2000年
Numerical simulations of the velocity and temperature fields in a fully developed turbulent channel flow were arried out. It is well known that the similarity between the heat transfer and the friction exists in such a turbulent wall bounded flow as the Reynolds analogy. We applied a turbulence control to reduce the drag reduction by blowing and suction on the channel walls. And it is found that the heat transfer rate reduces as well as the skin friction does. But the rate of the heat transfer to the momentum transfer 2St/C_f is a little larger than that of the natural (no-control) flow. Th..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

非灰色解析と同等の解を与える灰色解析用等価吸収係数分布推定法開発
工藤 一彦, 黒田 明慈, 藤兼 剛, 小熊 正人, 中村 恒明, 日本機械学會論文集. B編, 66, 651, 2984, 2991, 2000年
Using inverse radiative property value analysis, profiles of gray equivalent absorption coefficient are estimated which give results similar to the ones of nongray analysis when the coefficients are used in the corresponding gary analysis. For the inverse analysis, the results of nongray analysis are used as the input. A new approximate method is proposed for the estimation of the profiles of equivalent absorption coefficient without knowing tha results of nongray analysis previously. The profiles of the equivalent absorption coefficient obtained by the new method is compared with the ones ..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

灰色壁に囲まれた非灰色ガスのふく射伝熱高速解析手法の開発
工藤 一彦, 黒田 明慈, 小原 伸哉, 石橋 伸哉, 中村 恒明, 日本機械学會論文集. B編, 65, 630, 741, 748, 1999年02月25日
A fast algorithm is developed to solve radiative heat transfer problems is non-gray gas system surrounded by gray walls. In the problem, the distribution of the gas temperature and the wall heat flux in non-gray gas are estimated. In the present study, the time consuming Monte Carlo method is used only outside the iterational loop of the temperature convergence. For the purpose, the R_d values, the ratio of the radiative energy absorbed by an element to the energy emitted from a source element, are separated into two parts, the absorption-coefficient-dependent part and independent part. The..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

球面調和関数を用いたスペクトル法による球状液滴内三次元過渡表面張力対流の数値解析手法
戸谷 剛, 黒田 明慈, 工藤 一彦, 日本機械学會論文集. B編, 65, 629, 267, 274, 1999年01月25日
A method is developed to analyze the three-dimensional transient Marangoni convection in a liquid droplet heated by a concentric warm rigid sphere set in the center and cooled uniformly from its surroundings. As the system is unstable and the convection is very sensitive to the temperature gradients along the surface, it is required for the scheme to be highly accurate and be free from the effects of the polar singularities. For the purpose, a spherical harmonic spectral method is developed to analyze the flow and temperature fields in the droplet on the three-dimensional spherical coordina..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

ふく射伝熱三次元負荷逆問題の解析
工藤 一彦, 黒田 明慈, 内田 浩, 小熊 正人, 日本機械学會論文集. B編, 64, 628, 4102, 4108, 1998年12月25日
A method is developed to solve 3-dimensional inverse load problem on radiation heat trasfer. In the present study, the heat flux and temperature distributions of many heater elements arranged along inside a rectangular furnace walls are shown to be estimated from the boundary conditions assigned to the heated objects in the furnace by using the newly developed solution method using singular value decomposition (SVD) technique. The statistical error contained in READ values that represent the radiative heat exchange between elements in the system and are calculated by using the Monte Carlo m..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

二次元ふく射伝熱系内の吸収係数分布を求める逆問題の解法
工藤 一彦, 黒田 明慈, 尾崎 英史, 藤兼 剛, 小熊 正人, 日本機械学會論文集. B編, 63, 615, 3729, 3736, 1997年11月25日
A method to solve inverse radiative property value problems is developed to obtain two-dimensional distribution of absorption coefficient in combustion chambers or furnaces from the profiles of the temperature and the radiative flux of the surrounding walls and of the gas temperature. In the analysis, initial guess of the absorption coefficients of each gas element are given at first, and by solving the forward problem, the wall radiative flux distribution corresponding to the given wall and gas temperature distributions is obtained. The initial guess of the absorption coefficients is corre..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

グラスウール断熱材の有効熱伝導率の解析
李 炳煕, 工藤 一彦, 黒田 明慈, 空気調和・衛生工学, 71, 8, 1997年08月05日
日本語

繊維層のふく射有効熱伝導率に及ぼす入射波長分布の影響(熱工学,内燃機関,動力など)
李 炳熙, 工藤 一彦, 黒田 明慈, 日本機械学會論文集. B編, 63, 611, 2459, 2465, 1997年07月25日
Several models to estimate the effective thermal conductivity of fibrous layers for radiative heat transfer are compared with these calculated using the Monte Carlo method. The models assuming isotropic scattering are shown to underestimate the effective thermal conductivity, and the model based on the two flux model assuming the Milne Eddington approximation is demonstrated to agree very well with the results obtained using the Monte Carlo method. When the incident radiation to the glass fiber layers has spectral variation, the estimated thermal conductivity obtained assuming that the inci..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

グラスウール断熱材の有効熱伝導率の解析
李 炳煕, 工藤 一彦, 黒田 明慈, 空気調和・衛生工学会論文集, 0, 65, 7, 13, 1997年04月25日
本研究では,グラスウール断熱材に関し,空気・繊維層の熱伝導および放射熱伝達を考慮した有効熱伝導率の解析を行った.解析は,モンテカルロ法によって繊維層の特性値を温度の関数としてグラフ化し,これを用いて二流束法により行った.この解析により,温度が0℃の場合でも,放射熱伝達がかなりの割合を占めるのがわかり,断熱材の有効熱伝導率を評価するには,放射エネルギー透過の正確な把握が重要であることが確認された.また,解析により断熱材の有効熱伝導率を求めるには,実際の繊維断熱材に存在する体積密度の不均一性の影響を考慮する必要があり,これを補正する方法を示した.解析結果と保温JIS解説による熱伝導率の参考計算式より求めた結果との比較により,この補正方法の妥当性を確認した., 社団法人空気調和・衛生工学会, 日本語

Solution of the Inverse Radiative Load Problem Using the Singular Value Decomposition Technique
Kudo Kazuhiko, Kuroda Akiyoshi, Eid Amr, SAITO Tatuhiko, OGUMA Masahito, JSME international journal. Ser. B, Fluids and thermal engineering, 39, 4, 808, 814, 1996年11月01日
A method is developed for solving inverse radiative load problems within multidimensional systems with arbitrary shapes. The energy equations for each gas and wall element are expressed in a matrix form, and the inverse matrix is obtained by the singular value decomposition techniqe in order to estimate the temperature and heat load distributions within the gas region from the profiles of the heat flux and the temperature of the wall elements. From these analyses, the method is shown to give stable results for the radiative inverse load problems when the condition number of the matrix is reduced to an appropriate low value by setting some singular values to 0., 一般社団法人日本機械学会, 英語

ふく射伝熱負荷逆問題解法の加熱炉設計への適用
工藤 一彦, 黒田 明慈, 斉藤 龍彦, 小熊 正人, 日本機械学會論文集. B編, 62, 600, 3131, 3136, 1996年08月25日
In the present study, the heat Flux and temperature distribution of heating elements surrounding a furnace are estimated by using the singular value decomposition (SVD) method by giving the temperature and heat flux along the surface of a heated object in the furnace. The heat flux profile of the heating elements which satisfies the given condition is obtained by determining the rank of the singular-value matrix using L-curve method., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

繊維層におけるふく射エネルギー透過特性解析とその実験による検証 : 大サイズパラメータの場合
李 柄熙, 工藤 一彦, 黒田 明慈, 日本機械学會論文集. B編, 62, 599, 2840, 2846, 1996年07月25日
An analytical model developed to calculate the radiative energy transmission through a fibrous layer is verified by the experimental results obtained via measurement of the transmittance of a He-Ne laser beam through nickel-fiber sheets with a large size parameter. The model is used to calculate the radiative energy transmission by the Monte Carlo method and the optical characteristics of a fiber with large size parameter are estimated by the method developed by Yamada et al. Which considers the diffraction and reflection by the fiber. The following results are obtained. The results of the ..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

繊維層における放射熱伝達解析モデル
李 炳熙, 工藤 一彦, 黒田 明慈, 日本機械学會論文集. B編, 62, 594, 748, 755, 1996年02月25日
An analytical model is developed to calculate the radiative heat transfer through a fibrous layer with various fiber orientations consdering the effect of the diameter and the optical properties of the fiber. Milne-Eddington approximation is adopted to obtain a two-flux model type of formulation. To facilitate determination of the extinction efficiency, scattering albedo of the fibrous layer and backscatter factor required for the analysis, these values are shown graphically as the functions of complex index of refraction, size parameter and fiber orientation. The validity of the present mo..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

液滴の表面張力対流に及ぼす支持棒の影響
工藤 一彦, 黒田 明慈, 田中 建, YANG Wen-Jei, 日本機械学會論文集. B編, 62, 594, 763, 769, 1996年02月25日
The Marangoni convection in a supported liquid droplet suddenly subjected to radiative heating by a hot environment is analyzed by two-dimensional numerical analysis. The effects of the thermal conductivity and the heat capacity of the support rod on the flow and temperature rise within the droplet were studied. The following results are obtained. (1) The surface-tension-driven convection occurs because of the difference between the temperature rise of the surfacees of the support rod and the liquid droplet. (2) The Marangoni convection within the liquid droplet decreases when the heat capa..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

DNSデータベースを用いた二次元チャネル内乱流構造の観察
黒田 明慈, 工藤 一彦, 谷口 博, 長谷川 聡, 菅家 淳一, 日本機械学會論文集. B編, 61, 589, 3137, 3144, 1995年09月25日
Recent computer development has enabled such a numerical simulation of turbulence as the direct numerical simulation (DNS). Direct numerical simulation provides valuable information of the flow field, such as the distributions of fluctuating velocity, pressure, and vorticity in the three dimensional space, which are difficult or often impossible to be obtained from experiments. In this study, the unsteady behavior of coherent structures in the two dimensional turbulent channel flow reproduced by a direct numerical simulation was visualized and animated with the aid of three dimensional comp..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

非灰色ガス噴流の放射・対流共存伝熱解析
工藤 一彦, 黒田 明慈, 谷口 博, 大高 円, 牛島 哲洋, 小幡 正一, 日本機械学會論文集. B編, 61, 586, 2235, 2240, 1995年06月25日
Combined radiative-convective heat transfer is analyzed in a two-dimensional coaxial jet of nongray gas. The Monte Carlo method is used for the radiative heat transfer analysis. In addition to the nongray analysis, the analysis based on the conventional gray gas assumption is also carried out. From these studies, the gray analysis is found to give higher jet temperature at the nozzle-outlet region and lower temperature at the down-flow region compared with the nongray analysis. The effects of the temperature, velocity, absorbing gas concentration of efflux gas, and the nozzle diameter are a..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

特異値分解を用いた放射伝熱負荷逆問題の解法
工藤 一彦, 黒田 明慈, Eid Arm, 斉藤 龍彦, 小熊 正人, 日本機械学會論文集. B編, 61, 585, 1768, 1774, 1995年05月25日
A method is developed to solve inverse radiative load problems within multi-dimensional systems with arbitrary shapes. The energy equations for each gas and wall element are expressed in a matrix form, and the inverse matrix is obtained by the singular value decomposition method to estimate the temperature and heat load distributions within the gas region from the profiles of the heat flux and the temperature of the wall elements. From these analyses, the method is shown to give stable results for the radiative inverse load problems when the condition number of the matrix is reduced to an a..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

ニッケル繊維層の放射エネルギー透過特性解析
工藤 一彦, 谷口 博, 黒田 明慈, 李 炳熙, 小熊 正人, 日本機械学會論文集. B編, 61, 582, 679, 685, 1995年02月25日
A method to analyze the radiative energy transmittance through a nickel fibrous layer is developed by using the Monte Carlo method. The validity of the method is shown by comparing the results with the experimental ones obtained by Tong et al. It is also shown that the present analytical method gives more precise results than the two-flux method used by Tong et al. By using the mothod, it is shown that the angular profile of the radiative energy emitted from a black wall which obeys the cosine law is changed into a profile with strong forward transfer. By increasing the size parameter or de..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

Analysis on radiative energy transfer through fibrous layer considering fibrous orientation　　　　　　　　　　　　　　　
Kazuhiko Kudo, Bing Xi Li, Akiyoshi Kuroda, American Society of Mechanical Engineers, Heat Transfer Division, (Publication) HTD, 315, 13, 1995年
By using the Monte Carlo method, radiative energy transfer through fibrous layer is analyzed. For the material of the layer, glass and nickel fibers are assumed. Mie scattering is assumed for the scattering mechanism by the fibers. The validity of these method is shown by comparing the results with the experiment obtained by Tong et al.. The heat fluxes through the layer for various temperature differences over the layer and for different thicknesses are predicted well by the method. In the present study, the directional profiles of the scattered radiative energy are obtained to study the effect of multiple-scattering. Two types of fiber orientations are considered: a three-dimensionally randomly oriented layer, and a layer which is oriented randomly in two-dimension and is parallel to the bounding surface. From the analysis, following results are obtained. (1) The heat flux through the layer with three-dimensionally randomly oriented fibrous layer is about 1.3 times larger than that with two-dimensionally randomly oriented layer. (2) The directional profile of scattered energy within the layer changes when the number of scattering is increased. (3) The average extinction efficiency for the radiative energy which has the above mentioned directional profile is almost the same for the layers with the two types of orientations. (4) The difference in the directional profile of scattered energy is the main cause to give the difference in the heat flux passes through the layer with different fiber orientations., 英語, 書評論文,書評,文献紹介等

三次元任意形状系における放射伝熱解析への四面体要素の適用
工藤 一彦, 谷囗 博, 黒田 明慈, Eid Amr, 持田 明野, 小熊 正人, 日本機械学會論文集. B編, 60, 578, 3462, 3468, 1994年10月25日
A numerical method is developed, using the Monte Carlo method, for radiative heat-transfer analysis within systems with arbitrary shapes. Triangles with arbitrary sizes and shapes are used as the elements for two-dimensional numerical analysis. For three-dimensional analysis, tetrahedra of arbitrary sizes and shapes are used. The gas and the wall are assumed to be gray, and enthalpy transport by convection can be considered simultaneously. The method was proven to give almost the same results with the previously used program with orthogonal mesh division., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

片面加熱液滴内過渡表面張力対流解析
工藤 一彦, 谷口 博, 黒田 明慈, Yang Wen-Jei, 田中 建, 安野 正功, 日本機械学會論文集. B編, 60, 573, 1724, 1729, 1994年05月25日
Transient Marangoni convection in a liquid droplet suddenly subjected to a parallel radiative heating is analyzed. The effects of the Marangoni number and the Prandtl number with respect to the developments of flow and temperature fields within the droplet are examined. The following results are obtained : (1) The flow pattern in the droplet changes little with the Marangoni number over a wide range (Ma=1〜10^4) ; (2) the dominant mechanism of heat transfer at early stages is conduction, but it is replaced by convection at later stages provided that the Marangoni number is over 100 ; (3) the..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

三次元非灰色放射伝熱解析の並列化
工藤 一彦, 谷口 博, 黒田 明慈, 持田 明野, 大高 円, 横田 養, 藤崎 正英, 小坂 真一, 山田 隆幸, 日本機械学會論文集. B編, 59, 567, 3610, 3616, 1993年11月25日
A parallel computational method is developed for the Monte Carlo analysis of radiative heat transfer in three-dimensional nongray gas enclosed by gray walls. The highly parallel computer AP1000 is used for the analysis. For the nongray gas, a mixture of water vapor and carbon dioxide is chosen as the absorbing-emitting medium. Three types of parallelization are studied: type (1), event parallelization; type (2), combination of event parallelization and algorithm parallelization, and type (3), memory-saving algorithm of type (2). When 512 cells are used, values of the speed-up ratios of 395,..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

非等方性散乱粒子分散非灰色気体の放射特性 (<小特集>動力・エネルギ-技術)
工藤 一彦, 谷口 博, 黒田 明慈, Sumarsono Markus, 福地 健, 日本機械学會論文集. B編, 59, 565, 2640, 2646, 1993年09月25日
The Monte Carlo method is applied to study the effects of nongray gas and anisotropic scattering on the temperature profiles of particle-gas mixture between parallel black cold walls. The gas is nongray combustion gas and the particle is assumed to have gray surface and behaves as an absorber, emitter and anisotropic scatterer of radiative energy. The analysis is based on radiative transfer in a medium which is internally heated uniformly. For comparison, analyses with gray gas and with isotropic scattering particles are also carried out. The results obtained show that within the particle n..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

8. 数値流体力学 機械工学年鑑 (1992年) 流体工学)
小河原 加久治, 黒田 明慈, 日本機械学會論文集. B編, 59, 564, 2343, 2344, 1993年08月25日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

モンテカルロ法による非灰色媒体中の放射熱伝達解析手法の改良
工藤 一彦, 谷口 博, 黒田 明慈, 小幡 正一, 大高 円, 横田 洋, 日本機械学會論文集. B編, 59, 560, 1265, 1270, 1993年04月25日
An acceleration method is developed for radiative heat transfer analysis in nongray media by the Monte Carlo method. Instead of deciding all the parameters of each energy particle used in the Monte Carlo procedure by stochastic method, the wave number assigned to each energy particle is determined by deterministic method in the present study. This change in the Monte Carlo algorithm reduces the computation time to 1/9 of the original time. To reduce the amount of iteration required to converge the temperature profile in a nongray media layer, an acceleration factor is incorporated to determ..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

B-6 各種気体中での非灰色放射解析
谷口 博, 工藤 一彦, 黒田 明慈, 小幡 正一, 大高 円, ガスタービン秋季講演会講演論文集, 3, 111, 117, 1991年08月10日
公益社団法人日本ガスタービン学会, 日本語

二空間モデルによる二成分二相スターリング機関の性能予測
平田 賢, 笠木 伸英, 松野 好洋, 黒田 明慈, 二宮 尚, 日本機械学會論文集. B編, 54, 500, 1014, 1023, 1988年04月25日
A performance analysis of the two-component, two-phase Stirling engine has been carried out by using a two-space model, which involves the expansion space, the compression space and the two dead spaces, based upon the assumption that the thermodynamic state point of the condensable working fluid remains within the vapor dome throughout the entire cycle. Experimental studies have also been made using two engines which operate under different system-pressure conditions : the first one is a single acting, two-piston, parallel cylinder type engine using teflon bellows as a cylinder and operates..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

非定常擬縦渦モデルによる壁近傍乱流輸送機構の数値解析
笠木 伸英, 黒田 明慈, 平田 賢, 日本機械学會論文集. B編, 53, 490, 1812, 1821, 1987年06月25日
The unsteady streamwise pseudo-vortical motion model developed by Kasagi et al. (1985) is used in a numerical analysis of the turbulent heat transfer near the wall for various Prandtl-number fluids under the wall boundary conditions of constant heat flux and constant temperature. Unlike the typical methodology based on Reynolds decomposition, the algebraic expressions of three fiuctuating velocities given by the model are directly introduced into the governing energy equation. From the numerical solution of the unsteady thermal field, the near-wall behavior of statistical quantities is obta..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

医療人のための流体力学 入門 第4回 数式が苦手でもわかる流体力学の基礎から循環器領域への応用まで 流線による流れの可視化・剥離と壁面せん断応力　　　　　　　　　　　　　　　
黒田明慈, 大島伸行, 横山博一
INNERVISION, 2019年08月, ［共著］

医療人のための流体力学 入門 第3回 数式が苦手でもわかる流体力学の基礎から循環器領域への応用まで 層流と乱流　　　　　　　　　　　　　　　
大島伸行, 黒田明慈, 横山博一
INNERVISION, 2019年06月, ［共著］

エネルギー・環境への考え方―その提言と問いかけ
谷口 博, 毛利 邦彦, 谷口 正行, 黒田 明慈, 三浦 隆利
養賢堂, 2008年03月, 4842504323, 153, ［共著］

パソコン活用のモンテカルロ法による放射伝熱解析
谷口 博, 工藤 一彦, 持田 明野, Wen Jei Yang, 黒田 明慈
コロナ社, 1993年12月, 4339043168, 231, ［共著］

燃料電池ガス拡散層におけるフラッディングメカニズムの統一的モデル化
科学研究費補助金(基盤研究(B))
2007年 - 2008年
工藤 一彦, 黒田 明慈
疎水性ガス拡散層における水分排出モデル開発固体高分子形燃料電池のカソード側ガス拡散層(GDL)を、並列疎水性円管流路で模擬し、GDL内フラディング機構を考察した。またこの解析で使用するGDL内の等価細孔径分布を、実験的に求めた。この結果、水排出流路以外に、これらと連通した独立内部空隙を有するGDLモデルの必要性が示された親水性ガス拡散層における水分排出モデル開発速乾繊維類似の、表面にV 溝を有する親水性繊維1本を水に垂直に立て、強制対流中に置いた場合の、繊維からの水蒸発特性をモデル化した。この結果、このような親水性GDL により電池の生成水分を十分に排出できることが示された。
文部科学省, 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 19360093

トムズ効果による乱流摩擦抵抗低減の機構解明と予測に関する研究
科学研究費補助金(基盤研究(C))
2006年 - 2007年
黒田 明慈
水に微量の長鎖状高分子あるいは棒状ミセルを形成する界面活性剤を添加すると,乱流域での抵抗が著しく低減することはToms効果として知られている.著者らは微小なダンベル状要素で高分子を模擬したモデルを構築し,本モデルを用いて二次元チャネル内乱流のDNSを行い,Toms効果を再現した.また,この離散要素が縦渦減衰による抵抗低減機構と壁面近傍の付加応力による抵抗増加機構の2つの機構を内在していることを示した.二次元チャネル内乱流を対象として,抵抗低減流れの直接数値計算を行った。混入要素は(1)流体中で一様に発生する(2)流体から受ける引張り力に応じた確率で切断消滅するものとした.(2)の効果によって流体中で要素の濃度分布が生じるが、瞬時の要素濃度は移流拡散方程式を解くことによって求めた。その結果、従来50%程度であった抵抗低減率が最大で約70%となった。またこの場合に流れがほとんど層流化していることが確認された。さらにRe_tau=120-600の範囲で計算を行い,高レイノルズ数では抵抗低減効果が消失するなどのレイノルズ数依存性が見られることを確認した.
文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 18560150

液滴内屈折を考慮した潜熱蓄熱スラリの光学的凝固度計測
科学研究費補助金(基盤研究(B))
2005年 - 2006年
工藤 一彦, 黒田 明慈, 持田 明野
本研究では、パラフィンを界面活性剤により水中に微粒子として多数懸濁させた潜熱蓄熱スラリ(PCM媒体)を対象とし、「潜熱蓄熱スラリ中のパラフィン微粒子の固化率を光学的手段を用いて定量的に計測する手法を確立すること」を目的としている。研究期間中に、粒径分布を有し、光学特性の異なる粒子が混在するパラフィン微粒子を懸濁したスラリ層に、670nmのレーザー光を当てた時の、層の透過率と反射率を求める、モンテカルロ法を用いた解析手法の開発と、このようなスラリ層のレーザ透過・反射特性の測定実験を行い、当該解析手法の開発と、これに用いるための、実験結果を説明できる粒子形状モデルを確立した。この結果、以下の結論が得られた。1.本解析手法による粒子充填層の透過・反射特性解析結果は、他の文献値と10%以内の誤差で一致し、解析手法の検証がなされた。2.パラフィン固化率増加に伴う透過光強度減少および反射光強度増加は、固化に伴う微粒子表面の反射特性の変化が大きく関与していることが示された。3.実際の実験で固化に伴い粒子表面にくぼみができることから、くぼみをつけた粒子の反射特性モデルを作成し、実験結果と一致する反射・透過特性を得ることができた。以上、本研究で開発した解析手法と粒子モデルを使用することにより、パラフィン微粒子懸濁スラリ層でのレーザ光の透過率と反射率計測結果から、パラフィン微粒子の固化率を定量的...
文部科学省, 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 17360088

離散要素に基づくトムズ効果のモデル化
科学研究費補助金(基盤研究(C))
2004年 - 2005年
黒田 明慈, 工藤 一彦
水に微量の長鎖状高分子あるいは棒状ミセルを形成する界面活性剤を添加すると,乱流域での抵抗が著しく低減することはToms効果として知られている.著者らは微小なダンベル状要素で高分子を模擬したモデルを構築し,本モデルを用いて二次元チャネル内乱流のDNSを行い,Toms効果を再現した.また,この離散要素が縦渦減衰による抵抗低減機構と壁面近傍の付加応力による抵抗増加機構の2つの機構を内在していることを示した.本研究では,さらに要素に強い力が加わった場合に,要素が切断される効果を加えた.モデルでは、ニュートン流体中に多数の長鎖状高分子がネットワークを組まずに存在している状態を想定している.長鎖状高分子を模擬する要素モデルは,2質球を剛体棒で接続したダンベルで,これが流体から引張力を受ける方向を向き,流体はその反力を受けるものと仮定している.本研究では,要素にある程度の引張力が働くとその離散要素は破壊され,破壊された離散要素は流れ場に影響を与えないという効果を加えた.本モデルを用いて十分に発達した2次元チャネル内乱流の直接数値シミュレーションを行った。チャネル半幅と壁面摩擦速度で定義したレイノルズ数Re_tau=120〜600(チャネル幅とバルク流速で適宜した場合にはおよそ3000〜11000)の範囲で計算を行い。最大で約50%(従来は35%)の抵抗低減が得られた。また、一定のレイノルズ...
文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 16560169

乱流制御による熱輸送と運動量輸送の非相似性拡大に関する研究
科学研究費補助金(基盤研究(C))
2001年 - 2002年
黒田 明慈, 工藤 一彦
壁面から吹出し・吸込みを行う場合に発生する流体中の局所的な圧力勾配の影響による速度場・温度場の非相似性拡大の効果に着目して、乱流場を制御し低摩擦・高熱伝達率の乱流熱伝達場が実現する可能性を探ることを目的とした。初年度はスペクトル法を用いたチャネル内乱流熱伝達の直接数値シミュレーションを行い、局所的に強いスイープ運動に対して吹出し制御を行っている領域で速度場と温度場の非相似性が拡大することを見出した。今年度はこの成果を基により柔軟に制御法(境界条件)を与えうる差分法を用いてシミュレーションを行った。試みた制御法は以下の通りである。(1)スイープ運動を検出した場合、これに対して吹き出し制御を行う。(2)吹き出した量をキャンセルするために壁面全体から吸い込みを行う。(2)の措置は、流れ方向に周期境界条件を用いるために流路途中で流量を増やさないというシミュレーション上の制約を満たすためである。結果として以下のことを得た。1.本制御法により、壁面摩擦係数、熱伝達率共に低下することを確認した。2.(1)の効果により、局所的には速度場と温度場の非相似性を拡大することができたものの、(2)の効果によって全体的には相似性は保たれたままであった。以上から、非相似性を拡大する可能性としてシミュレーション上の制約を取り払い、吸い込みを行わない制御法を試みるべきであるという課題を得た。
文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 13650205

逆問題法を用いたナトリウムエアロゾル群のふく射・散乱特性同定
科学研究費補助金(基盤研究(B))
2001年 - 2002年
工藤 一彦, 持田 明野, 黒田 明慈
1.酸化ナトリウムの複素屈折率の推定値を与えて、粒度分布を有するエアロゾル群中での透過率を求めるための3次元非灰色ふく射伝熱プログラムを開発した。ここで、粒子の散乱はMie散乱とし、入射ふく射はスペクトル分布を有するものとする。また、粒子の複素屈折率の波長分布も考慮可能である。2.このプログラムを用い、複素屈折率を色々変えて、指定された温度の黒体炉から放射されたふく射の3次元透過率分布を計算で求め、屈折率-吸収指数平面上での等透過率曲線群を求めた。この結果より、粒径分布と個数濃度が与えられたエアロゾル群中での透過実験から、このエアロゾルの屈折率と吸収指数の組み合わせを推定できることを示した。3.対象としているナトリウムエアロゾルはほとんどが酸化ナトリウムと推定されるが、これは酸化マグネシウム、酸化チタンのような絶縁物(dielectrics)であるため、その複素屈折率は絶縁物特有の下記のような特性を有するはずである。すなわち、可視光から近赤外領域では屈折率は1より大きいほぼ一定の値を取り、また吸収指数は無視できるほど小さい値を取る。酸化マグネシウム、酸化チタンについては、複素屈折率の詳細な波長分布が文献に与えられているので、これをそのまま用いて計算した透過率と、複素屈折率の波長分布を無視(屈折率として上記の一定値を用い、吸収指数としては0を与える)した時の透過率の計算結果を比...
文部科学省, 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 13450079

摩擦低減制御下にある壁面乱流の伝熱特性に関する研究
科学研究費補助金(奨励研究(A))
1998年 - 1999年
黒田 明慈
本研究は、壁面乱流において壁面からの吹出し・吸い込みによる制御を行った場合に壁面摩擦と熱伝達率の減少に非相似な効果が現れることをシミュレーションによって確認することを目的とし、これを達成するため、壁面に向かう流体運動に対しては吹出しを壁面から離れる流体運動に対しては吸い込みを行う制御を伴った2次元チャネル内乱流および温度場の直接シミュレーションコードを作成し、計算を実行した。計算結果は3次元空間の時系列データとしてCD-RあるいはDVD-ramの大容量記憶媒体に記録し、可視化や種々の数値実験が行えるものとしてデータベース化した。このデータベースを利用した数値実験や可視化の結果、以下の知見を得た。(1)制御を加えることによって壁面摩擦係数C_f、スタントン数ともに20%程度減少した。また、両者の比である2St/C_fは約3%上昇した。(2)相対的に流速の大きい流体塊が壁に向かう運動に対して吹出しを行っている領域では流れ方向速度変動と温度変動の相関係数が大きく低下する。(3)吹出し制御領域では2St/C_fが増加するが、吸込み領域がスパン方向に隣接し、ここで2St/C_fが減少する。この現象は縦渦構造の壁に向かう運動と壁から離れる運動に対応している。(4)2St/C_fが増加する吹出し制御領域では大きな逆圧力勾配が生じており、この圧力勾配の効果によって速度場と温度場の非相似性が現...
文部科学省, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 10750135

幾向情報保存法による3次元・任意形状系における非灰色ふく射伝熱高速数値解法の開発
科学研究費補助金(基盤研究(B))
1997年 - 1998年
工藤 一彦, 小熊 正人, 中村 恒明, 持田 明野, 黒田 明慈
(研究目的)本研究では、非灰色解析を高速に実行できる、非灰色ふく射伝熱高速数値解析アルゴリズムを新しく開発し、これを任意形状系の取り扱いの可能な3次元ふく射・対流共存伝熱解析ソフトに組み込むことで、任意形状系3次元非灰色ふく射・対流共存伝熱解析ソフトを完成させることを目的とした。(研究成果)本研究では、ふく射エネルギー交換解析手段として精度の高いモンテカルロ法を採用したが、この手法は計算時間がかかるので、これを(波長分割数)x(温度分布収束計算回数)だけ繰り返すことを避けるため、下記の特色と独創性を有する非灰色ふく射伝熱高速数値解析アルゴリズムを考案し、その実用化をはかった。ふく射伝熱に関係する変数は、無次元距離として物理的な距離と気体の吸収係数の積で表される「光学距離」を使用しているが、対象としている波長および温度分布が変わると吸収係数が変化するため、系固有の値とはならない。本研究では、これが非灰色解析において上記のようにふく射解析を多数回繰り返す原因となっていることに着目し、光学距離を系固有の値である要素間の物理的な距離関係(幾何情報)と、系の条件によって変化する吸収係数とに分離し、系固有の値を有する前者を最初に一回だけ計算してメモリにストアし、光学距離が必要になるたびに、これに各位置での吸収係数を掛けて光学距離を求める幾何情報保存法を考案した。また、各要素の内部を通過す...
文部科学省, 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 09555068

乱流素過程のモデリングに関する研究
科学研究費補助金(重点領域研究)
1993年 - 1995年
笠木 伸英, 長野 靖尚, 島 信行, 木谷 勝, 黒田 明慈, 西野 耕一, 中山 昭彦
本年度は,8名の研究者が,互いに連絡を取りながら,各々が基礎的な乱流の素過程を取り上げ,異なる手法を用いてデータベースの構築,モデル化のための研究を行った.鉛直あるいは水平方向浮力を伴う壁乱流,回転を伴う壁乱流,特殊な境界条件を有する壁乱流のDNSデータベースを構築した.スカラーフラックスの輸送方程式モデルの拡張,修正を行い,ステップ剥離流に対してその評価を行った.(笠木伸英)(2)3次元離散渦法において渦要素の挙動に粘性効果を取り込む方法を総合的に検討し,渦要素の核半径を時間的に成長させるモデルおよび渦粘性のSGSモデルが適切であることを明らかにした.軸対称およびヘリカル撹乱を与えたときの円形噴流における渦構造の発展過程を対象に評価が行われた.(木谷勝)(3)直接数値シミュレーションのデータベースに基いて,レイノルズ応力輸送において最も重要な素過程である再分配のモデリングを行った.開発されたモデルは,複雑境界乱流への適用を阻害する壁面効果項を含まず,かつ底層領域にも適用できるという点で一般性が高い.また,レイノルズ応力に関して準線形であるという点で簡明なものである.(島信行)(4)乱流モデルに非局所と間欠性のモデル化を組み込む提案を行った.具体的には2方程式モデルに空間積分型モデルを乱流応力並びに輸送項に適応し非局所性を表現した.ステップ剥離流,異種剪断流の干渉する複雑乱流...
文部科学省, 重点領域研究, 東京大学, 連携研究者, 競争的資金, 05240103

乱流の直接数値シミュレーションにおける差分法の適用に関する研究
科学研究費補助金(奨励研究(A))
1994年 - 1994年
黒田 明慈
1.スペクトル法によって再現した二次元チャンネル内乱流場に1次〜6次の差分スキー無を適用し、1階微分値、2階微分値に加え、対流項、拡散項としての精度を系統的に評価した。その結果、以下の知見を得た。(1)差分法による微分値とスペクトル法による微分差は、緩和領域で最大となる。(2)(1)の差を局所の微分値で除した相対差は、チャネル幅にわたってほぼ一定である。(2)拡散項に比べて対流項の誤差はきわめて大きい。(3)1階微分における4次精度中心差分と5次精度風上差分の差はほとんどない。(4)2階微分では、少なくとも6次精度までは、差分の名目上の精度を上げることによって実質的な精度向上が得られる。2.対流項に1次精度風上差分、拡散項に2次精度中心差分を適用し、二次元チャネル内乱流のシミュレーションを行った。その結果、スペクトル法により再現した流れ場を初期条件とした場合に層流化する傾向がみられ、1次精度風上差分のもたらす数値粘性の影響が無視できないことを確認した。
文部科学省, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 06750190

直接数値シミュレーションを用いた乱流構造の非定常挙動に関する研究
科学研究費補助金(奨励研究(A))
1993年 - 1993年
黒田 明慈
乱流の直接数値シミュレーションの供出するデータを用いて乱流の準秩序構造の非定常挙動を観察することは,乱流構造解析において有効な手段であるにもかかわらず取り扱うデータが極めて膨大となることからその実現には困難が伴う。本研究では,シミュレーションプログラムと可視化プログラムをリンクさせることによりこの問題点を解決して,各種変動物理量の等値面を抽出,可視化しその時系列データを動画として記録するシステムを構築した。さらにこのシステムを利用して,二次元チャネル内乱流中のストリーク構造.渦構造,イジクション・スイ-プの時空間的挙動をDELTAt^+=357にわたって動画として記録した。これらの観察を通じ,乱流構造の発生,発展,消滅の課程に対して検討を加え,以下のような知見を得た。1.渦構造と強い乱流応力の発生領域は,空間的に近接して存在し,これらの領域は空間的に間欠性をもって分布している。このうち運動が活発な領域においては,複数の渦構造が連続的に発生し,活性化された状態は数百nu/u_^2以上にわたって継続する。2.渦構造,イジェクション,スイ-プの内ではイジェクションがもっとも安定して存在し続け,観察時間中において移動・変形を繰り返すが,不活性領域に新たにイジェクションが発生することは,極めてまれである。また,渦構造の発達にともなってイジェクション領域が拡大することはあっても...
文部科学省, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 05750182

大容量直接シミュレーションデータベースによる壁近傍乱流構造の動的挙動に関する研究
科学研究費補助金(重点領域研究)
1993年 - 1993年
黒田 明慈, 工藤 一彦, 谷口 博
二次元チャネル内乱流の直接数値シミュレーションを行い,これより速度,圧力,乱流応力等の等値面を可視化し,その時空間的挙動を動画として記録するシステムを構築した。本システムでは,場の時間発展を観察する際には、視点を下流方向に一定速度で移動させることにより,着目した構造の変化を長時間にわたって追跡することが可能となっている。本システムを用いてΔt^+=357にわたる動画を作成し,観察した結果以下のような知見を得た。1.渦構造とイジェクション,スイープの発生領域は,空間的に近接して存在し、これらの領域は空間的に間欠性をもって分布している。この運動が活発な(活性化された)領域においては,複数の渦構造が連続的に発生し,活性化された状態が数百ν/u_τ^2以上にわたって継続する。2.渦構造,イジェクション,スイープの内ではイジェクションがもっとも安定して存在し続け,観察時間中において移動・変形を繰り返すが,不活性領域に新たにイジェクションが発生することはまれである。また,渦構造の発達にともなってイジェクション領域が拡大することはあっても,新たに発生することはなく,むしろイジェクション領域の下流部において渦の発生が確認されることが多く観察された。3.渦構造発生時の回転軸方向は流れ方向からスパン方向の広い角度に分布しており,発展時における流れ方向への伸張を経て縦渦の形態をとる。また,乱流構造...
文部科学省, 重点領域研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 05240201

液滴内3次元過渡表面張力対流の発達に関する研究(曲率を有する液面でのベナード対流)
科学研究費補助金(一般研究(C))
1993年 - 1993年
工藤 一彦, 黒田 明慈, 谷口 博
1.球状液滴内2次元非定常表面張力対流解析プログラムによる解析既開発の題記プログラムを用い、外部加熱・冷却条件と、表面張力対流の強さの関係を調べた。また、実用上問題となる液滴全体の平均温度の上昇に及ぼすマランゴニ数の影響について調べた。この結果、マランゴニ数の増加は液滴表面の周方向の温度差は増大させる効果はあるものの、入熱と出熱を共に増加させるため、液滴の平均温度の上昇にはあまり寄与しないことを明らかにした。2.球状液滴内3次元非定常表面張力対流解析プログラムの開発題記表面張力対流の解析のために、3次元球座標系において有限体積法を用いて基礎式の差分化を行い、SIMPLE法で解析を行うプログラムの開発を行った。このプログラムでは、球を半径方向に32、周方向に32、天頂角方向に64に等分割している。初期条件としては球状液滴全体の温度を均一とし、外部の雰囲気温度を時刻>0でステップ状に一様に降下させることで表面張力対流を生起させるものである。ここで、液滴は外部雰囲気との間で一定の対流熱伝達率で熱を奪われるとする。現状では、表面張力対流の開始位置を固定するため、表面上の一点の初期温度として他の部分より10%高い値を与えてある。以上の解析により、現在までに3次元球状液滴中の1個の表面張力対流渦の成長過程が計算された。これによると、従来の平らな液面における表面張力対流では、表面近傍に限定...
文部科学省, 一般研究(C), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 05805020

構造論的乱流モデルを用いた壁近傍乱流輸送機構に関する研究
科学研究費助成事業
1988年 - 1989年
黒田 明慈
日本学術振興会, 奨励研究(A), 東京大学, 63790284