Shock Wave Detection and 64 Times Resolution Flow Simulation based on Image-Processing/Fluid-Dynamics

基于图像处理/流体动力学的冲击波检测和 64 倍分辨率流动模拟

• 批准号: 19K04834
• 负责人: 北村 圭一
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04834/
• 关键词: 衝撃波; 数値流体力学; 画像処理; エッジ検出; 航空宇宙工学; 流体力学; 空気力学

画像において輝度が突如大きく変化する個所を「エッジ」と呼ぶ．Canny法は代表的なエッジ検出技術である．本研究ではこのエッジと，流体力学において物理量が急激に変化する「衝撃波」との類似性に着目している．衝撃波は，空気抵抗や騒音の原因となる一方で，結石破砕治療に利用される側面を持つ．つまり有害にも有益にもなる．しかし衝撃波は一般に肉眼では認識できず，数値流体力学で正確にシミュレーションする事も難しい．そこで画像処理におけるエッジと同様，得られた解が空間的に不連続な変化を起こす個所を衝撃波として抽出し，これを新たな数値流体計算法に活用する．具体的には輝度の代わりに圧力もしくは密度を利用する．これらは衝撃波において大きく変化する事が知られており，その関係はランキン・ユゴニオ条件として知られている．こうして衝撃波を画像処理技術と流体力学理論を用いて検知し，これを数値流体力学における計算法に組み込む事で，簡便・精密・安定に衝撃波を扱う計算法を構築する事が本研究の目的である．従来の衝撃波計算においては，実際には衝撃波でない場所でも精度を犠牲にして計算を安定化させていた．本計算法が確立すれば，高い精度を維持したまま衝撃波計算が可能となり，従来比64倍の解像度が期待される．2019-21年度は，衝撃波検知法を完全気体の空気だけでなく混相流や電磁流体へ拡張し改良を行なった．これにより，衝撃波を含む混相流の計算をより低コストで行う事ができる．しかしながら新型コロナの影響で充分な研究時間や出張の機会を確保できなかった．2021年度は，本研究の本丸である「衝撃波を含む流体計算法」と「画像処理を応用した衝撃波検知法」の組み合わせにいよいよ着手した．そして予備的な数値実験結果を得て学会発表を行なった．2022年度はその過程で，混相流の効率的な計算法等について査読付き論文を発表した．

The image is bright and bright. The Canny method represents the detection technology. In this paper, we focus on the similarity of shock waves and physical quantities in fluid dynamics. Shock wave, air resistance, sound and other reasons, stone breaking treatment, use of the bottom surface.つまり有害にも有益にもなる. Shock waves are generally recognized by the naked eye, and numerical fluid dynamics are difficult to correct. A new method of calculating fluid flow is proposed. Specific brightness generation, pressure generation, density utilization. The shock wave is a big shock wave, and the event is known. The relationship between the shock wave and the event is known. The purpose of this study is to establish a simple, accurate and stable computational method for shock wave imaging. In the calculation of incoming shock wave, the accuracy of shock wave calculation is reduced and the calculation is stabilized. This calculation method has been established, high accuracy is maintained, shock wave calculation is possible, and the resolution is expected to be 64 times higher than that in 2019 -21. The shock wave calculation method is complete and the air distribution of mixed phase flow and electromagnetic fluid is improved. The calculation of shock wave containing mixed phase flow In 2021, the author of this study started the research on the combination of shock wave calculation method and shock wave detection method. In 2022, the calculation method of mixed phase flow efficiency was developed.

项目成果

Numerical and experimental study on the behavior of vortex rings generated by shock?bubble interaction

激波-气泡相互作用产生涡环行为的数值与实验研究

• DOI: 10.1063/5.0083596
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physics of Fluids
• 影响因子: 4.6
• 作者: Kitamura K.;Yue Z.;Fujimoto T.;Asai H.;Kubota A.;Myokan M.;Ichihara D.;Sasoh A.
• 通讯作者: Sasoh A.

SLAU2-MHD for Low Mach Magnetohydrodynamics (MHD) Simulations.

SLAU2-MHD 用于低马赫磁流体动力学 (MHD) 模拟。

• 发表时间: 2021
• 作者: Mamashita;T.;Kitamura;K.;and Minoshima;T..
• 通讯作者: T..

Three-Dimensional Hypersonic Aeroheating Computations Associated with Cross-Flow Jet Interactions

与错流射流相互作用相关的三维高超声速气动加热计算

• DOI: 10.2322/astj.jsass-d-20-00015
• 发表时间: 2020
• 期刊: AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN, THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES
• 作者: KITAMURA Keiichi;HASE Naoya;TAGUCHI Masato;MORI Koichi
• 通讯作者: MORI Koichi

SLAU2-HLLD numerical flux with wiggle-sensor for stable low mach Magnetohydrodynamics simulations

• DOI: 10.1016/j.compfluid.2021.105165
• 发表时间: 2021-09
• 期刊: Computers & Fluids
• 影响因子: 2.8
• 作者: Tomohiro Mamashita;K. Kitamura;T. Minoshima

SLAU2 applied to two-dimensional, ideal magnetohydrodynamics simulations

SLAU2 应用于二维理想磁流体动力学模拟

• DOI: 10.1016/j.compfluid.2020.104635
• 发表时间: 2020
• 期刊: Computers & Fluids
• 影响因子: 2.8
• 作者: Kitamura Keiichi;Mamashita Tomohiro;Ryu Dongsu
• 通讯作者: Ryu Dongsu