大規模流れの追跡のための部分的な粒子法の開発

开发用于跟踪大规模流量的部分粒子方法

基本信息

批准号：
17J00443
负责人：
金築康友
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Ritsumeikan 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 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00443/
关键词：
粒子法陰関数曲面流体シミュレーション境界条件流体追跡

项目摘要

平成30年度の研究計画は、陰関数曲面と呼ばれる形状表現手法を粒子法を用いた流体シミュレーションと融合する技術を開発することであった。この技術の開発によって、従来の粒子法の最大の欠点とされていた障害物付近での流体解析の精度が低いという問題解決が期待できる。平成30年度の研究計画に対して、本研究では以下のような成果を得ることができた。任意形状の境界に対する陰関数曲面境界条件モデル：本研究では、複雑な形状をした障害物に対して高精度に流体解析を行うための技術を開発した。従来の陰関数曲面を用いた粒子法による流体シミュレーション技術では、障害物が局所的に平面であることを仮定して定式化が行われていた。そのため、平面以外の形状に陰関数曲面モデルを用いた場合には計算結果が本来の値とずれてしまうという問題点があった。本研究では、任意形状の障害物に対して陰関数曲面を用いた場合の障害物の境界条件（流体が障害物に近づいた場合にどのように跳ね返すかの条件）を開発することで、平面以外の障害物形状に対しても解析解と計算結果が一致することが確認できた。陰関数曲面上での支配方程式の離散化：本研究では、障害物の粒子なしで流体の支配方程式に従って流体の運動を計算するための技術を開発した。本来、粒子法では障害物形状も粒子で表現されていることが前提で定式化されていた。陰関数曲面のように粒子以外で障害物を表現した場合、粒子法の定式化をそのまま用いることができないため人工的な力を用いて計算が行われることが一般的である。この人工的な力は障害物近傍で流体運動の不自然な運動を発生させる原因となることが知られている。本研究では、障害物粒子なしで粒子法の定式化に従って支配方程式を直接離散化する技術を開発することで陰関数曲面モデルを用いた際に発生していた不安定性、不自然な付着、計算精度の低下問題を解決した。

2018年的研究计划是开发一种将称为隐函数曲面的形状表示方法与使用粒子方法的流体模拟相结合的技术。该技术的发展有望解决障碍物附近流体分析精度低的问题，这一直被认为是传统粒子方法的最大缺点。本研究取得以下与2018财年研究计划相关的成果。任意形状边界的隐式弯曲边界条件模型：在这项研究中，我们开发了一种对复杂形状障碍物进行高精度流体分析的技术。基于使用隐函数曲面的粒子法的传统流体模拟技术是在假设障碍物局部平坦的情况下制定的。因此，当隐函数曲面模型用于平面以外的形状时，存在计算结果偏离原始值的问题。在这项研究中，我们在使用任意形状的障碍物的隐函数曲面时开发了障碍物的边界条件（流体接近障碍物时如何反弹的条件），并证实解析解和计算结果也适用于其他障碍物形状。隐式函数曲面上控制方程的离散化：在这项研究中，我们开发了一种根据没有任何阻碍粒子的流体控制方程来计算流体运动的技术。最初，粒子方法是在障碍物的形状也由粒子表示的前提下制定的。当使用粒子以外的东西（例如隐函数表面）来表达障碍物时，不能直接使用粒子法的公式，因此通常使用人工力进行计算。众所周知，这种人为力会导致障碍物附近的流体不自然地运动。在这项研究中，我们开发了一种根据粒子法公式直接离散控制方程的技术，无需任何阻碍粒子，从而解决了使用隐式表面模型时出现的不稳定、不自然粘附和计算问题。的准确性下降。