エネルギー保存性の高い高精度粒子法の開発及び改良型気液二相流モデルの構築

高节能高精度粒子法开发及改进气液两相流模型构建

• 批准号: 17J01360
• 负责人: 清水 裕真
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J01360/
• 关键词: MPS法; 高精度粒子法; 気液混相流; エネルギー保存性; 数値シミュレーション; 数値波動水槽; 境界条件

研究計画では，砕波のシミュレーションを開発したエネルギー保存性の高い気液二相流モデルにて実施し，封入空気と衝撃波圧に関して計算力学的に検討することを目標としていた．しかしながら研究を進める中で，上記目標の達成のためには，砕波の構造物への衝突に起因する壁面構造体の変形とそれに伴う流体―構造体間でのエネルギー交換の評価が重要であることが確認された．そのため本年では，エネルギー保存性の高い粒子法型構造体モデルならびに高精度粒子法との連成による完全Lagrange型FSIソルバーの構築に取り組んだ．構造体モデルに関しては，線形運動量・角運動量保存則に対して構成則であるHookeの法則を用い，完全Lagrange型の計算手法であるMPS型の微分演算子モデルを通して離散化するMPSモデルと，超弾性体を対象にひずみエネルギー関数を定義しその空間微分によって運動方程式を記述するHMPS (Hamiltonian MPS)モデルを導入した．高精度MPS法による液相モデルと連成することで完全Lagrange型FSIソルバーを構築し，構造体モデルとFSIソルバーの両者についてエネルギー保存性を含む各種物理量の保存性の検証のための三次元計算を実施した．得られた結果より，HMPSモデルおよびMPS-HMPS FSIソルバーは流体-構造体両面において高いエネルギー保存性と計算安定性，計算精度を持つことが確認された．得られた成果は，欧州の粒子法研究ソサエティーSPHERICの主催するSPHERICワークショップに投稿，発表した．

The research project aims to investigate the effects of air and shock wave pressure on computational mechanics. The purpose of this study is to identify the causes of structural conflicts and the shape of wall structures, as well as the importance of fluid-structure exchanges. This year, the structure of Lagrangian FSI is composed of high-precision particle method and high-precision particle method. The linear motion and angular motion are preserved, and Hooke's law is applied. The calculation method of complete Lagrangian type is used. The differential algorithm of MPS type is used to discretize MPS. The HMPS (Hamiltonian MPS) is introduced to describe the equation of motion of hyperbody. High precision MPS method is used to construct a complete Lagrange-type FSI solution, which contains three dimensional calculations for the preservation of various physical quantities. HMPS FSI is a fluid-structure interface with high stability, stability and accuracy. The results of particle method research in Europe were obtained by SPHERIC.

项目成果

An MPS-based particle method for simulation of multiphase flows characterized by high density ratios by incorporation of space potential particle concept

• DOI: 10.1016/j.camwa.2018.06.002
• 发表时间: 2018-09
• 期刊: Comput. Math. Appl.
• 作者: Y. Shimizu;H. Gotoh;Abbas Khayyer

On development of accurate multi-phase particle methods with SPS turbulence modeling for ocean engineering applications

利用 SPS 湍流建模开发用于海洋工程应用的精确多相粒子方法

• 发表时间: 2018
• 作者: Shimizu;Y.;Tsuruta;N.;Khayyer;A.;Gotoh;H.
• 通讯作者: H.