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

基本信息

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

项目摘要

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．

亮度突然变化的图像中的区域称为“边缘”。 Canny方法是典型的边缘检测技术。这项研究的重点是该边缘和“冲击波”之间的相似性，其中物理量在流体力学中迅速变化。冲击波会导致空气阻力和噪声，但也具有岩性处理治疗中的方面。换句话说，它可能是有害和有益的。但是，肉眼通常看不到冲击波，并且很难使用计算流体力学准确模拟。因此，就像图像处理中的边缘一样，所获得的解决方案引起空间不连续的变化的区域被提取为冲击波，这用于新的计算流体计算方法中。具体而言，使用压力或密度代替亮度。已知这些在冲击波中差异很大，它们的关系被称为兰金·休ugonio条件。这项研究的目的是使用图像处理技术和流体力学理论检测冲击波，并将其纳入计算流体力学中的计算方法，并构建一种以简单，精确且稳定的方式处理冲击波的计算方法。在传统的冲击波计算中，即使在实际上不是冲击波的区域，计算也以牺牲准确性为代价。如果建立了这种计算方法，则可以在保持高精度的同时进行冲击波计算，并且分辨率比上一个模型高64倍。在2019-21财年，冲击波检测方法不仅扩展到完全气态的空气，还扩展到混合相流量和电磁流体。这允许计算以较低成本执行包括冲击波的多相流。但是，由于COVID-19的影响，没有获得足够的研究时间和商务旅行的机会。在2021年，我们最终着手结合这项研究的主要数字，即“包含冲击波的流体计算方法”和“使用图像处理”的“冲击波检测方法”。获得了初步数值实验的结果，并提出了会议。在此过程中，在2022年，就多相流的有效计算方法发表了一份同行评审的论文。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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。

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
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
影响因子：
0
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