Theoretical and simulation studies of dynamics of granular rods based on collision statistics

基于碰撞统计的颗粒棒动力学理论与仿真研究

基本信息

批准号：
22KJ1523
负责人：
仲井文明
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

衝突の統計に基づいて，棒状粉体により構成される流体のタイナミクスを理論的に記述することを目指している.２０２２年度は単純な系として，散逸がない球状粒子・棒状粒子の運動のシミュレーション・理論解析を実施した．以下の解析において，２０２１年度，２０２２年度に購入したワークステーションを用いた．２０２１年度に見出した，球状粒子がある条件下において非ガウスな通常拡散を示す現象に対して理論的な解釈を与えた．すなわち，ある条件下において，球状粒子の速度の方向と速さが変化する時間スケールに隔たりが生じる状況があり，この時間スケールの分離が拡散性の揺らぎを発現していることを見出した．併せて，障害物とその中を運動する球状粒子により構成されるLorentz気体と呼ばれる理論モデルに基づいて，発見した揺らぐ拡散性の理論解析を実施した．２０２１年度に解析した，棒状粒子の拡散性が周囲流体の密度の増大に伴って上昇する現象を理解するために，棒状粒子の衝突統計を理論的に導出して動的Monte Carlo法と呼ばれる確率的シミュレーションアルゴリズムを構築した．このシミュレーションを用いて，棒状粒子の重心拡散係数・回転拡散係数，軌跡等を詳細に解析した結果，棒状粒子の拡散性の上昇は棒状粒子と周囲流体粒子の衝突頻度と平均の速度・角速度だけで説明できることが分かった．これらの結果をまとめて論文を国際誌に4本投稿し，内2本は既に受理された.学会発表は国際学会2件と国内学会を5件実施した．国際学会2件と国内学会３件で発表賞を頂いた.併せて上記の結果について，２０２３年度の国際学会２件で発表予定（受理済み）である．

我们的目标是基于碰撞统计从理论上描述由棒状粉末组成的流体的动力学，在2022年，我们将使用简单的系统来模拟球形和棒状颗粒的无耗散运动。在下面的分析中，使用了2021年和2022年购买的工作站。我们对2021年发现的球形粒子在一定条件下表现出非高斯正态扩散的现象给出了理论解释。换句话说，我们发现在一定条件下，球形粒子的速度方向和速度变化的时间尺度之间会出现间隙，这种时间尺度的分离会引起扩散率波动。与此同时，我们基于洛伦兹气体的理论模型对发现的脉动扩散率进行了理论分析，洛伦兹气体由障碍物和在其中运动的球形粒子组成。为了理解2021年分析的棒状颗粒的扩散率随着周围流体的密度增加而增加的现象，从理论上推导了棒状颗粒的碰撞统计和称为动态蒙特卡罗的概率使用了模拟算法。利用该模拟，我们详细分析了棒状颗粒的重心扩散系数、旋转扩散系数、运动轨迹等，发现棒状颗粒扩散率的增加仅限于频率棒状粒子与周围流体粒子之间的碰撞，以及平均速度和角速度我发现可以用以下方式来解释。总结这些结果，我们向国际期刊提交了四篇论文，其中两篇已在两次国际会议和五次国内会议上进行了学术会议的报告。我们在两个国际会议和三个国内会议上获得了报告奖。此外，我们计划在2023年的两个国际会议上报告上述成果（已接受）。