マイクロシステムにおける流体混合の数値予測手法の開発

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本課題は、混相流のマイクロデバイスとしての応用面に着目し、マイクロシステムにおける混相流を伴う流体混合の高精度数値予測手法の開発を研究目的とするものである。第二年度となる本年度は、粒子法における壁境界表現手法の開発、研究成果のとりまとめを実施した。粒子法は、複雑形状あるいは薄肉の固体物体の取り扱いに課題があることが知られている。マイクロデバイスでは流路の内壁が複雑な形状をしている場合や、薄肉な回転翼などを有する場合も多く見られるため、粒子法を用いてそのような解析を行うために壁境界の表現手法の改良が求められている。従来の壁境界表現方法の一つとして粒子の鏡像（ミラー粒子）を用いる手法が挙げられる。この手法は、境界条件の計算アルゴリズムが単純であることや、境界条件の設定にかかるプリプロセスのコストが小さいという長所をもつ。一方で、適用可能な形状の自由度が小さいという短所があった。そこで、(i) ミラー粒子のミラー粒子を考慮すること、(ii) 視線判定を導入すること、によって形状適応性の問題を回避する新しい壁境界表現手法を開発した。数値実験に基づく提案手法の妥当性検証を行った結果、複雑形状においても適切に固体壁境界を評価し安定に妥当な解を得ることができることを示された。これまでの研究により得られた成果をとりまとめ、国内外での学会発表およびジャーナル論文の執筆・投稿を行った。具体的には、昨年度の研究「格子‐粒子ハイブリッド型手法の開発」により得られた成果は国際学会にて口頭発表を行った。「粒子法における壁境界表現手法の開発」により得られた成果は、国内学会にて口頭発表を行い、学会誌へ論文を投稿した。更に、これらの研究成果を主としてまとめた博士論文を執筆し、所属研究機関に提出した。同博士論文は審査の結果受理され、博士（工学）の学位を取得した。