大島 伸行 (オオシマ ノブユキ)

工学研究院 機械・宇宙航空工学部門 宇宙航空システム特任教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 工学博士, 東京大学
■ URL
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J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 流体工学
研究分野
  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学), 流体工学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2005年
    - 北海道大学大学院工学研究科 教授 教授
  • 2005年
    東京大学生産技術研究所 教授, Institute of Industrial Science
  • 2005年
    - Professor
  • 2005年
    Professor
  • 2000年 - 2004年
    東京大学情報基盤センター 助教授, Information Technology Center
  • 2000年 - 2004年
    Associate Professor
  • 1991年 - 2000年
    東京大学生産技術研究所 助教授, Institute of Industrial Science
  • 1991年 - 2000年
    Associate Professor
  • 1989年 - 1991年
    東京大学生産技術研究所 講師, Institute of Industrial Science
  • 1989年 - 1991年
    Lecturer
学歴
  • 1989年, 東京大学, 工学系研究科, 舶用機械工学, 日本国
  • 1989年, 東京大学, Graduate School, Division of Engineering, Marine Engineering
  • 1984年, 東京大学, 工学部, 機械工学科, 日本国
  • 1984年, 東京大学, Faculty of Engineering, Mechanical Engineering
委員歴
  • 2006年 - 2008年
    伝熱学会, 理事, 学協会
  • 2006年 - 2008年
    可視化情報学会, 代議員, 学協会
  • 2006年
    日本自動車技術会, CFD技術部門委員, 学協会
  • 2006年
    日本機械学会, 流体工学部門技術委員会 講演会WG主査, 学協会

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • コンピュータによる流体力学
    シュプリンガー・フェアラーク東京, 2003年
  • Computational Methods for Fluid Dynamics
    2003年
■ 主な担当授業
  • 乱流シミュレーション特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 複雑系流体シミュレーション特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 流体工学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 乱流シミュレーション特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 複雑系流体シミュレーション特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 流体工学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 流体力学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 計算工学B, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 機械工学概論, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 情報学 Ⅱ, 2024年, 学士課程, 全学教育
■ 所属学協会
  • 応用数理学会
  • 伝熱学会
  • 計算工学会
  • 燃焼学会
  • 可視化情報学会
  • 日本流体力学会
  • 日本自動車技術会
  • 日本機械学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 大動脈解離を対象としたステントグラフト留置術の治療効果を評価するための流体-構造連成解析を基としたシミュレーションソフトウェアの開発
    令和6 (2024) 年度 橋渡し研究戦略的推進プログラム シーズA
    2024年04月 - 2025年03月
    武田 量; 佐々木克彦; 大島伸行; 伊達宏昭; 紙谷寛之; 横山博一; 髙嶋英厳; 上出英輔
    国立研究開発法人日本医療研究開発機構, 北海道大学, A184
  • 流体-構造連成解析を基にした大動脈解離シミュレーション手法の発展
    2024年度 学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点(JHPCN)公募型共同研究課題
    2024年04月 - 2025年03月
    武田量; 佐々木克彦; 大島伸行; 横山博一; 黒田明慈; 柴田良一; 高橋裕介; 髙嶋英厳; 李辰宇
    一般財団法人 高度情報科学技術研究機構, 北海道大学, jh240082
  • PEM形燃料電池内のナノスケール水輸送現象観察と高性能電池構造の解明
    科学研究費助成事業
    2016年04月01日 - 2019年03月31日
    近久 武美; 田部 豊; 大島 伸行
    固体高分子形燃料電池において、親水性・繊維状MPLは従来型に比べて凝縮水輸送を円滑化し、電池性能ならびに低温起動性の向上に対して有効であることがわかった。また、内部が中実構造のバルカン粒子は触媒用カーボン担体として白金表面の酸素輸送を円滑化することがわかった。さらに、触媒層イオノマーの側鎖構造と分散性の制御により、電池性能を向上し得る余地があることが示された。一方、炭素原子が単層に配置されたグラフェンをカーボン担体に用いた場合にはイオノマーが不要となり、白金使用量を大幅に削減できる可能性が示された。また、スケールモデル実験およびLBM計算によって、最適なガス拡散層構造に関する知見が得られた。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 16H04272
  • 高分子形燃料電池内水輸送現象の階層型連成シミュレーションモデルの構築と検証
    科学研究費助成事業
    2015年04月01日 - 2019年03月31日
    大島 伸行; 矢口 久雄; 栗原 央流; 市川 靖
    高分子形燃料電池(PEFC)の物質輸送現象の階層型連成シミュレーションモデルの構築として,1)複雑流動場で構成されるセル・スタック性能、2)多孔質や微小流路における気液界面と相変化の挙動予測、および、3)気液界面の分子スケールと連続体スケールにおける非平衡界面モデル、の3つの階層の数理モデルの開発検証について以下の課題研究を行った.PEFCセルの流路を模擬するミクロチャンネル流動場についての理論および数値解析的検討、気液流動界面の数値解析に関して高精度かつ安定な気液界面計算モデルの構築、分子スケールと連続体近似を連成する統一的界面モデルの理論的研究などに成果を得た。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 15H03912
  • 反応界面,相界面,固体壁面などの非平衡界面を統一的に扱う流体数理モデルの研究
    科学研究費助成事業
    2014年04月01日 - 2016年03月31日
    大島 伸行; 利根川 吉廣
    本研究では,予混合燃焼フレームレットモデルにおける局所界面速度の伝搬性とエネルギー保存則の関係を考察することで,局所界面速度を用いて拡張されたレベルセット方程式に対して曲率効果を包含するような新しい3次元定式を導いた.これは,レベルセット法の計算安定化に導入される界面厚さ分布の再初期化法と本質的に同等の効果をもち,また,特定の界面厚さ分布が満たされるとき一般的な界面移動モデルである任意の法線伝搬流および平均曲率流の粘性解を自然に与える定式であることを示した.また,非予混合火炎に適用できる一般化火炎片モデルを新たに導出して,基礎的な層流火炎場での数値検証にて従来手法欠点を改善する結果を得た.
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 26630044
  • 高レイノルズ数域におけるCAMUI型ハイブリッドロケットの燃料後退機構の解明
    科学研究費助成事業
    2012年04月01日 - 2016年03月31日
    永田 晴紀; 大島 伸行; 戸谷 剛; 脇田 督司
    火薬類や液体燃料等の危険物を使用せず、安全管理が安価で小型化が容易なCAMUI型ハイブリッドロケットの実用化を目的として、レイノルズ数で50万以上、推力で10 kN級まで地上燃焼実験を実施して燃料後退特性を取得し、燃料後退速度のスケール依存性を明らかにした。合わせて数値計算を実施し、燃料後退特性がレイノルズ数(スケール)に依存する機構を明らかにした。これらの成果により、大型モータにおいて燃料グレイン形状の最適設計が可能となり、大型化開発のために必要な基盤知識を確立することが出来た。本設計手法を適用して推力15 kN級モータを開発して燃焼実験を行い、予想通りの燃焼特性が得られることを確認した。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 24246135
  • 階層型連成現象シミュレーションによる燃料電池内の物質移動メカニズムの解明
    科学研究費助成事業
    2011年04月01日 - 2015年03月31日
    大島 伸行; 渡部 正夫; 栗原 央流; 矢口 久雄
    燃料電池システムの性能にかかわるマルチスケール流動現象の予測に焦点を当てて,分子動力学・非平衡熱力学モデル・非定常流動シミュレーションを連成する階層型連成シミュレーションの各階層,および,それらの連成に対して数理モデルの検討・改良を進めて,1)非定常連成シミュレーションによるセル,スタックレベルでの電池性能予測の実用性検証,2)格子ボルツマン法(LBM)に基づく気液界面シミュレーションの構築と検証,および,触媒層の水輸送モデルの構築,3)水分子ポテンシャルモデルとして6-siteモデルを用いた混合流体の気液相分子シミュレーションの構築,などの成果を得た.
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23360079
  • 酸化剤噴流衝突場における固体燃料の燃焼機構の解明
    科学研究費助成事業
    2006年 - 2008年
    永田 晴紀; 戸谷 剛; 大島 伸行
    申請者らが開発を進めている無火薬式小型ロケット「CAMUI型ハイブリッドロケット」の特徴的な燃焼特性を実験および数値計算により明らかにし, 以下の成果を得た.
    固体燃料のガス化速度を燃料形状, 酸化剤供給量, および燃焼室圧力の関数として予測する手法を確立した.
    ロケットモータのスケールが燃焼特性に与える影響を解明し, 小型モータによる燃焼実験で実機モータの燃焼特性を明らかにする手法を開発した.
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 18360402
  • レーザー加熱法を用いた火炎面曲率制御による火炎不安定現象の研究
    科学研究費助成事業
    2006年 - 2008年
    藤田 修; 中村 祐二; 伊東 弘行; 大島 伸行
    エチレン空気予混合火炎にCO_2レーザーを照射すると、未燃混合気にレーザーが吸収され、局所的に任意の変形を与えることができる。この手法を用いて、予混合火炎面の火炎曲率と伝播火炎面に現れる不安定現象の相互関係を調べた。火炎に径の小さなレーザーを照射し一定値(5~6cm-1)を超える曲率を与えると、火炎先端の伝播速度が時間的に変動する不安定現象が現れることを見出した。また、この要因が先端で生じる熱物質拡散不安定性と伸張消炎と類似の物理的意味をもつ曲率消炎により引き起こされるとする物理モデルを提示した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 18360095
  • Flameletアプローチに基づく乱流燃焼場のLESモデリング
    科学研究費助成事業
    2003年 - 2005年
    大島 伸行; 大島 まり; 佐賀 徹雄; 栗原 央流
    資源や環境の有限性が具体的に意識されるようになった今日、特にエネルギー環境問題において重要な位置を占める産業用ガスタービンや輸送機器エンジン等の燃焼流れを対象に、Flameletアプローチに基づくラージ・乱流燃焼場ラージ・エディ・シミュレーション(LES)による数値解析モデリングを確立して、代替燃料や厳しい環境規制に対応しうる合理的な燃焼流れ設計法としての導入を図ることを目的とした。この解析法をマクロスケールでは実用に即した流れ条件にも拡張すること、メゾスケールでは非予混合火炎における不均一な化学反応効果をモデル化すること、ミクロスケールには粒子や火炎内部の現象をデータベース化することによって、より広範囲な燃焼流れ問題に対応し得る数値予測法を開発するにあたり、解決すべき3つの課題を取り上げて以下の成果を挙げた。
    (1)燃焼流れの特性を予測し得る乱流解析モデルの研究として、乱流LESとflameletアプローチに基づく解析法を提案した。特に、予混合火炎面に対するG方程式モデルと拡散火炎に対する保存スカラーモデルを連成した2スカラーflameletモデルを提案し、これを実用ガスタービン燃焼器の乱流燃焼予測に適用し、その有効性と問題点を明らかにした。
    (2)流れ変動と干渉する化学反応効果の抽出の研究として、流れ変動と化学反応の干渉の複雑な干渉を検討する1ステップとして、スプレー噴霧によるバーナ燃焼を取り上げて、乱流中と粒子の運動、蒸発、燃焼の過程をLES法に基づきモデル化し、実験計測データとの比較によって、物理過程モデルの有効性を検証した。
    (3)マルチスケール連成解析における数値計算・可視化の融合技術の研究として、可視化画像を用いた計測法を取り上げ、噴霧流れを対象に計測技術の基礎的な研究を行うとともに、可視化計測と数値シミュレーションを融合した可視化処理システムに関する研究を行った。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 15360091
  • LESを用いた燃焼器の燃焼解析手法の開発
    受託研究
    2004年
    競争的資金
  • 固体高分子燃料電池の流動・物質拡散数値シミュレーションの研究開発
    新エネルギー技術研究開発費
    2004年
    競争的資金
  • 革新的シミュレーションソフトウェアの開発
    科学技術振興調整費による重点基礎研究
    2004年
    競争的資金
  • 複雑乱流場のラージ・エディ・シミュレーションにおける数値計算法の安定性と解析精度
    科学研究費助成事業
    2001年 - 2002年
    谷口 伸行; 大島 まり
    複雑な乱流場の解析手段としてラージ・エディ・シミュレーション(LES)が統計平均モデルに比べて近似の一般性は高い解析方法として注目されているが、工学一般の問題へ拡張するには多くの研究課題を残しており、特に、数値的安定性と計算精度をいかに満足させるかがLES実用化に当たっての共通の課題となっている。LES実用化の観点からはSGSモデルと数値誤差の効果を同時に考慮した最適化が求められ、乱流現象の特性を保存しながら数値的な安定性を保証できる計算法の構築と、数値誤差を前提としたSGSモデルの再評価が必要となる。本研究では特に非圧縮性乱流のLESで指摘されるいくつかの課題を検討して問題点の解明を試みるとともに、LES数値解析法の改良と検証を行った。本研究では、1)ダイナミックSGSモデルの定式化に関する数値検証、2)DNSデータから抽出される微細組織渦に着目したSGSモデルの適合性の検討、3)乱流LESにおける流入変動の影響を軸対称バーナ燃焼流れに適用検討について昨年度に引き続き研究を進めるとともに、4)LESの数値解における不安定な数値振動を局所的に検出、抑制する計算手法を提案して剥離流れを伴う基礎的な流れ問題についての数値検証を示した。また、これらのLES非定常解析法の応用としては、スプレー混相乱流のLES解析、燃焼器の予混合火炎およびバーナ拡散火炎のLES解析、脈動を伴う脳動脈血流の非定常解析などの解析事例において適用性を確認した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 東京大学, 13650168
  • LESモデルによる乱流燃燒火炎解析法の開発とその評価
    科学研究費助成事業
    1999年 - 2001年
    小林 敏雄; 佐賀 徹雄; 大島 まり; 谷口 伸行; 新美 智秀; 坪倉 誠
    本研究報告書では、発電プラントや産業用ガスタービン等の燃焼器を対象にLESを基礎とする数値解析モデリングを確立して合理的な設計法として導入を図ることを目的として実施した研究成果を報告する。まず、乱流と燃焼反応の干渉について、乱流中においてシート状の層流火炎片(Flamelet)を仮定した乱流燃焼モデルのLESへの適用法を述べる。従来、主に統計平均モデルで検討されてきた単純火炎に対するモデルをLESに適用してSGSモデルの定式化を示したのち、予混合火炎、拡散火炎およびそれらの混合する複合火炎へ適用した。また、ダイナミックSGSモデルに基づく改良や、LES結果に基づくNO等の生成予測法の開発、液滴粒子を含む燃焼火炎への拡張について述べる。次に、燃焼流れにおけるLES計算方法について、従来研究に基づく複雑形状乱流場の高精度解析法やダイナミックSGSモデルの定式化を示し、また、新たな成果として、スカラー量拡散のモデル化に対して速度場との相似性を用いない非平衡モデルの提案、時間平均モデルを導入した壁面境界条件の近似、流入変動の影響の導入方法について報告する。LESモデルの検証に供しうる乱流の非定常性や瞬時分布に関しての実験データは少ないため、本研究では可視化画像による熱流動計測技術を活用して特にスカラー量拡散および燃焼火炎の解析方法を開発した。また、DNSデータに基づく乱流渦構造の解析を行い、乱流LES解析の基盤データとした。これらの成果を総合して現実の燃焼器設計を想定した乱流燃焼火炎のLES解析法を構成した。対象として、予混合火炎が主体のガスタービン燃焼器における火炎伝播や、拡散火炎が主体のバーナー燃焼器における火炎吹き上がりなどの検証解析結果を示すとともに、従来の設計法などと照らしてその工学的な有用性を評価した。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 東京大学, 11305017
  • ダイナミックSGSモデルに基づく複雑乱流場のLESモデリング
    科学研究費助成事業
    1998年 - 1999年
    谷口 伸行; 大島 まり
    直接解析が適用できない複雑乱流場の解析手段としてラージ・エディ・シミュレーション(LES)が挙げられるが、工学一般の問題へ適用するには未だ研究課題を残している。Germanoらの提案したダイナミックSGSモデルは基礎的研究では多くの課題に優れた結果を与え、LESにおける汎用的な乱流モデリングとして注目される。本研究では、乱流LESのより広範囲な応用を進めることを目的として、ダイナミックSGSモデルの考え方に基づいた複数乱流場のLESモデリングの実用的な定式化を示し、その数値計算上の問題点を明らかにするため以下の研究を行った。
    a) G方程式に基づく予混合乱流モデルをダイナミックSGSモデルによって定式化し、剥離により保炎される燃焼器の乱流火炎予測への適用により有効性を検証した。
    b) 固気流混相流の粒子による乱流変調を考慮したLES方程式をダイナミックSGSモデルに基づき改良し、チャンネル乱流に適用して適切なモデル定数評価が得るとともに、GS成分方程式の散逸効果が不十分である要因を考察した。
    c) ダイナミックSGSモデルがbackscatterの評価に不十分であることを考慮して、局所瞬時の解を明示的に反映するSGSモデルを新たに提案した。チャンネル乱流などでの数値検証により、このSGSモデルが壁近傍渦構造を抽出しうることを示した。
    d) ダイナミックSGSモデルを適用して外力効果を考慮したSGSモデルを構築し、回転場および浮力の働く基本的な流れ場に適用して数値検証した。
    e) LESの正確な検証に適用できる高精度な解析法として、基礎式の保存性を考慮した一般座標系格子差分法および有限要素法を導入した解析コードを試作し有効性を実証した。
    f) 実用的LESの数値計算上の課題である数値不安定性に対して、陽的空間フィルタや対流項スキームの導入により生じる影響について検証した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 東京大学, 10650160
  • LESモデルによる混相流数値解析法の開発と評価
    科学研究費助成事業
    1996年 - 1998年
    小林 敏雄; 高木 周; 大島 まり; 佐賀 徹雄; 谷口 伸行; 村井 祐一
    本研究では、分散系の混相流についてLESにおけるモデル化を試み、その評価と最適化を主に数値シミュレーションにより行うことを目的とした。混相流モデリングに際しては、気泡の流動・変形の直接シミュレーションにより媒質流体への影響や気泡間の干渉を検証し、また、固気混相流での乱流変調の予測を主な課題として取り上げた。LESにおける定式化としては、分散粒子をラグランジュ的に扱う方法と統計平均方程式により分布を2種類の計算方法の可能性を検討した上で数値検証などによってそれぞれの得失を明らかにし,後者に基づくLES解析法を構築した。これらの数値シミュレーションに基づく結果は、DNSデータおよび画像処理計測による計測データによって、個々の粒子運動と混和流全体として流動状態の2つのレベルにおいて検証された。対象流れ場としては、混合層、2次元ジェット、チャンネル流などで層流状態から乱流となる比較的高レイノルズ数範囲を対象として基本的条件での詳細な検証を行い、分散系混和流動に適用しうる普遍的な知見として、特に、気泡流、および、固気混相流に関して以下を得た。
    1)気泡運動の詳細モデリングとLES空間平均における分散相への寄与を考慮した気泡乱流LESモデルにより、気泡径の違いが乱流渦気泡輸送や浮力効果にあたえる影響を解析された。
    2)固気相間の相互干渉を考慮した乱流LESモデリングによりサブグリッドスケールにおける散逸は適切にモデル化されている一方、グリッドスケール散逸機構については従来の粒子モデルでは必ずしも再現されない。
    これらの上記研究結果から分散粒子混相乱流のLESモデリングの有効性が確認されるとともに、乱流現象と粒子分布生成の時間スケール、空間スケールの比が粒子ー流体カップリングモデルとその解析法の最適化において考慮されるべきことが示された。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 東京大学, 08405017
  • 複雑乱流場のLESデータベース
    科学研究費助成事業
    1995年 - 1996年
    小林 敏雄; 大島 まり; 谷口 伸行; 吉澤 徴; 村上 周三
    本研究では、乱流モデルの開発・検証のおいて関心の高い乱流場を対象として、解析条件(SGSモデル、計算手法、境界条件など)を最新の研究成果に基づき検討した上で、近似性度の高い乱流ラージ・エディ・シミュレーション(LES)を実行し、その結果を統計平均量(保存量の収支および乱流相関量の空間分布など)と組織構造解析(多点相関、コンピュータ・グラフィックスなど)の2つの観点から整理して、乱流モデル研究に有用なデータベースとしてまとめることを目的とした。そのために、まず、LESにおけるサブグリッド(SGS)乱流モデルとして有用性が期待されるダイナミックSGSモデルを取り上げ、複雑流れ場計算への応用を考慮した差分法、有限要素法による定式化を検討した上で基礎的な流れ場における検証を行った。また、より高次のSGS乱流モデルの評価についても基礎的な検証データを示した。次に、乱流モデルの開発・検証のおいて関心の高い複雑乱流場として、1)円管乱流、2)平面噴流、3)壁衝突噴流、4)障害物のあるチャンネル流れ、5)角柱周りの剥離流れ、6)温度安定層を含む室内気流、を対象としてLESを適用した結果をまとめた。上記のうち、1)においては一般座標系格子の導入、2)においては乱流LESの境界条件の検討、3)、4)および5)ではダイナミックSGSモデルおよび高次SGSモデルの導入、4)および5)では計算の安定化のために用いられる対流項風上差分の影響について特に検証を行った。これらのすべてのLES解析結果について、平均速度およびレイノルズ応力の空間分布などの基本的な統計量を得てデータベースとし、特に、3)に関しては乱流エネルギの収支などの詳細な統計量データを算出し実験値との比較検証を行い、5)においては準周期変動の各位相ごとの統計平均量を示した。また、それぞれの解析結果から乱流組織構造を示す2Dおよび3Dグラフィックス・データを抽出し、2)に関しては非定常現象のアニメーションを作成してデータベースに加えた。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 東京大学, 07555061
  • 剥離,渦運動および乱れを含む非定常流れの直接シミュレーションとラージ・エディ・シミュレーション
    科学研究費助成事業
    1995年 - 1995年
    小林 敏雄; LIU Hong; YUAN Li; MA Yanwen; FU Dexon; 大島 まり; 谷口 伸行
    本研究の目的は、流体現象において広く観察される剥離、渦などを伴う非定常流れについて、高精度で効率良く数値解析する手法を確立することにあり、特に乱流の直接数値シミュレーション(DNS)とラージ・エディ・シミュレーション(LES)を主な研究対象とし、高次精度差分スキームや境界条件などの数学的課題とLES乱流モデルや乱流組織構造の分析などの物理的課題の両面について研究の進展を図ることを主目的としている。これらの課題に対して、中国側研究者は圧縮性流れ解析法、高次精度数値スキーム、および、それらの乱流直接シミュレーションへの応用と分析に研究実績があり、一方、日本側研究者においては非圧縮性流れ解析法、適合格子手法と境界条件、乱流モデル、および、それらの乱流LESへの応用と評価に成果を挙げてきた。本共同研究では、これらの成果を交流し、相互に検証し合うことで乱流現象研究をより精密により効果的に進めようとした。
    本研究で特に取り上げた、剥離や渦を含む非定常流れは工学的にはポピュラーな課題であるが、乱流解析の対象としては現在広く適用されているレイノルズ平均型乱流モデルによる予測精度が低いことが知られている。DNS、LESは乱流現象を直接数値計算するため、このような非定常現象に関しても高い精度で解析が可能と考えられている。しかしながら、数値シミュレーション手法に関しては、1)時間進行計算法の効率化、2)境界条件の設定方法による数値誤差の改善、3)数値安定な高次精度空間スキームの開発、4)境界適合格子の生成と計算手法の確立、などの課題が、乱流解析の物理的問題としては、5)LES乱流モデルの改良と評価、6)乱流の時空間構造を分析するための大規模数値データの画像化、など複数の課題があり、これらに対する成果を総合することでDNS、LESに必要な大規模計算を効率良く高精度に実行することが可能になる。
    本年度の研究においては上記の課題から具体的には、中国側研究者により、a)コンパクトスキームを中心とする数値安定な高次精度差分スキームの開発、b)圧縮性乱流混合層の直接数値シミュレーション・コードの開発と検証が、日本側研究者からは、c)高精度で安定な境界条件の設定方法の提案、d)LES乱流モデルとしてダイナミックSGSモデルの改良と評価、e)境界適合格子および非構造型格子におけるラージ・エディ・シミュレーションのためのコード開発と評価、に関する研究が併行して進められた。f)圧縮性乱流混合層の直接シミュレーションの数値計算結果の画像化と分析、g)高次精度差分スキームの非圧縮複雑流れへの適用、について共同研究が行われた。
    本研究の進行に際しては、通信による定期的な情報交換によって相互に研究成果を評価し取り入れるとともに、各1回2名の研究者を相互に派遣招へいして共同研究の細部を検討した。同時に、他機関の研究者をも交えた研究交流を持つことで広い議論の機会を得た。この結果、共著論文 "Direct Numerical Simulation of Compressible Mixing Layer with High Order Accurate Schemes" を国際会議において発表するとともに、国際誌Computational Fluid Dynamics Journalへの投稿論文の掲載が許諾された。また、間接的な成果として、両国研究者らによる、日中およびアジア関連の国際研究集会の開催企画への貢献が可能となった。これらの共同研究成果を生かし、引き続き圧縮性および非圧縮性乱流に対するDNS、LESの展開を総合的に進めたい。
    日本学術振興会, 国際学術研究, 東京大学, 07044323
  • 複雑三次元流れ場解析用カラーPIVシステムの構築
    科学研究費助成事業
    1993年 - 1994年
    小林 敏雄; 佐賀 徹雄; 谷口 伸行
    熱流体の温度と速度分布を計測することは,工業的には流体機器や熱機器の特性を把握する上で重要な意味をもち,工学上,この測定法を確立し測定システムを構成することが一つの重要なテーマであった.従来よりの速度と温度の計測方法では,流れ空間の温度・速度を同時にしかも広域に計測することは困難であり,新たな計測技術の開発が強く要求されていた.本研究は,このような背景のもとに実施されたものである.
    感温液晶法による流れ場の温度可視化技術,Particle Imaging Velocimetryによる速度計測技術およびカラー画像処理による温度解析技術を結合させ,新たな温度・速度同時計測技術Particle Imaging Thermometry and Velocimetry(PITV)を開発した.構築した3D-PITVシステムを垂直浮力噴流の3次元温度・速度同時計測に適用し,本手法の有効性とシステムの実用性を確認した.本研究の主な成果は以下の通りである.
    (1)感温液晶粒子の光学特性の定量化
    (2)感温液晶粒子の温度特性の定量化
    (3)カラー画像処理による温度解析手法の開発
    (4)3D-PITVシステムの構築
    (5)3D-PITVシステムの精度評価
    日本学術振興会, 試験研究(B), 東京大学, 05555056
  • 非構造型格子に適用できる効率的な流れ場数値解析法の構成
    科学研究費助成事業
    1990年 - 1990年
    谷口 伸行
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 東京大学, 02855033