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．

根据碰撞统计，其目的是从理论上描述由棒状粉末组成的流体的时机。在2022财年中，模拟了一个简单的系统，并对没有耗散的球形和棒状颗粒的运动进行了理论分析。在以下分析中，使用了在2021年和2022年购买的工作站。这是对2021年现象的理论解释，该现象在某些条件下显示了非高斯正常扩散。换句话说，在某些条件下，在某种情况下，球形粒子速度的指示与速度变化的时间尺度之间存在差距，我们发现这种时间尺度的分离表现出扩散的波动。此外，我们基于称为洛伦兹气体的理论模型对发现的摇动扩散率进行了理论分析，该模型由障碍物和球形颗粒组成。为了理解棒状颗粒的扩散率随周围流体的增加而增加的现象，我们通过从理论上推导了棒状颗粒的碰撞统计量来构建一种称为动态蒙特卡洛方法的随机模拟算法。使用此模拟，我们详细分析了重心，旋转扩散系数，基因座等，发现杆状颗粒的扩散性的增加可以通过碰撞频率以及杆状颗粒的平均速度和角速度和角速度来解释。这些结果进行了总结，并提交了四篇论文到国际期刊，其中两篇论文已经被接受。在五次国内会议举行了两次国际会议演讲。在两次国际会议和三个国内会议上获得了演讲奖。此外，上述结果计划于2023年在两次国际会议上提出（接受）。