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機能創成セミナー Seminar on Mechanical Science and Bioengineering

第146回
2018年12月21日
14:40-15:40
基礎工学国際棟 セミナー室
PIV/PTV-DNS融合非定常流シミュレーション:データ同化アルゴリズムの階層とその性能
近年、PIV(Particle Image Velocimetry)とCFDを融合した流体解析の研究は、その応用分野を広げてきている。この分野の技術は、データ同化、制御系の流体観測、計測ノイズの除去、非定常圧力場の推定、欠損データの補完、低次元モデルの抽出、力学モデルの構築、これらの組み合わせを含め、様々な目的に応用されつつある。本発表者は共同研究者とともに、これまで、時間解像PIV/PTVと DNS(Direct Numerical Simulation)を融合した非定常流シミュレーションを開発してきた。水槽内のレーザーシート上の粒子速度をPIV/PTVで計測し、得られた速度場を連続の式を満たすよう補正した後、 DNSの時間ステップがPIVのフレームレートに対応する時間の整数倍になるよう調整して、非圧縮性の二次元Navier-Stokes方程式に埋め込む。すると、融合された計算上の速度場は、計測した速度場に計算時間とともに同化し、計測ノイズは大幅に減少し、DNSに匹敵する解像度の非定常速度場が得られる。同時に、非定常圧力場も算出され、得られた物理量一式は、基本的に流体の支配方程式を満たすため、このデータを使った高次微分を含む計算加工が容易になる。この手法はこれまでに、低レイノルズ数で非定常層流の高迎角の翼回り流れや、平板噴流で実証されてきた。本発表では、 PIV/PTV-DNS融合非定常流シミュレーションの階層を、低次元モデルから拡張カルマンフィルタを使った計算法まで紹介し、データ同化原理、計測ノイズの除去機能、非定常圧力推定・補完の性能について紹介する。
鈴木崇夫
ボーイング
世話人:渡村友昭 / 参加者:未定
第145回
2018年12月11日
14:40-15:40
基礎工学研究棟 B201室
Ultrasound-induced cavitation and streaming under dissolved gas supersaturation: Role of cavitation bubbles in ultrasonic cleaning
The dynamics of acoustic cavitation bubbles play an essential role in "efficient" ultrasonic cleaning, but may cause damage to cleaning surface if the bubbles' collapse is violent enough to accompany shock emission and re-entrant liquid jet collision. Here, the use of dissolved gas supersaturated water is proposed for "damageless" low-intensity ultrasonic cleaning where mild bubble dynamics are expected to clean surfaces softly. In this talk, experimental observations of ultrasound-induced acoustic and hydrodynamic phenomena will be presented to show the importance of dissolved gas supersaturation for ultrasonic cleaning to be both efficient and damageless.
安藤景太 (Keita Ando)
慶應義塾大学 (Keio University)
世話人:杉山和靖 / 参加者:未定
第144回
2018年12月03日
15:00-16:00
基礎工学D棟4階 D棟共用セミナー室
流体・磁場乱流に於ける逆カスケード乱流の統一理論モデル
レーザー核融合や超新星爆発で不可欠な流体不安定による乱流が原因の物質混合。宇宙線加速を支配すると考えられているプラズマ乱流に伴う磁気乱流、宇宙の磁場の起源としての磁気流体不安定。これらは3次元流体乱流と異なりpower spectrumは逆カスケードとして発展し、構造形成などに繋がる。実験室、宇宙のプラズマで見られる普遍的な現象であり、台風などの構造形成、対流輸送、宇宙衝撃波、超新星爆発やガンマ線バーストの解明に不可欠な乱流現象と考えられている。 特に近年、流体系、無衝突衝プラズマ系、多体粒子系の多次元シミュレーションが多精力的に行われているが、背景の物理を支配する数理モデルは未解明である。講演では実験や観測、シミュレーションの現象論を説明し、その背景で共通する物理を直感的に掴み、その非線形物理を支配する数理モデルを提案する。数理モデルの解と実験等の結果を比較し、物質や磁場など多様な世界の乱流の非線形機構の統一的理解に迫る。
高部英明教授
ドイツ・ヘルムホルツ研究機構・ドレスデン
世話人:河原 源太 / 参加者:未定
第143回
2018年11月26日
14:40-16:10
基礎工学国際棟 セミナー室
振動によって駆動される粉体流ダイナミクスの解明と惑星科学現象への応用
砂や小麦粉のような多数の巨視的な粒子の集合体として定義される粉体は自然界にあまねく存在する物質であり、状況に応じて「固まり」、「流れる」という二面性を持つ。この固体と流体の複合的な側面は、固まり静止している砂山を激しく揺らすと粒子が不安定化して崩れ出すことからも容易に想像できる。工学分野ではこの性質は古くから穀物などの輸送の効率化に応用されてきた。しかしながら、粉体基礎物理的な側面から振動によって駆動される粉体流ダイナミクスを定量的に記述できる理論モデルを確立しようという試みはほとんどなされてこなかった。近年では惑星科学分野でもその重要性が指摘されており[1]、粉体物理の中でも発展が急速に期待されている研究トピックの1つである。そこで、本研究では室内実験・数値計算・連続体モデリングという複数の視点からこの未解決問題に取り組んだ。実施した室内実験・数値計算は非常にシンプルであり、砂山に振動を加えたときに不安定化して流れる粉体粒子のフラックスを測定した。その結果を相互補完的に解析し、粉体流フラックスを定量的に砂山の角度と振動強度の関数として記述できる理論モデルを提唱した[2]。また、このモデルは振動エネルギーから輸送エネルギーへの変換効率を意味する係数をフィッティングパラメータとして使用しているが、様々な実験結果を比較することでこの係数は普遍的な値を取ることも明らかになった。最後に惑星科学分野への応用として、レゴリスと呼ばれる粉体層で表面が覆われた小天体に隕石が衝突した際、誘発された地震動で粉体層がどの程度流れて地形を変形させるのかを提唱したモデルを用いて見積もることができた。本セミナーではこれらの詳細について順を追って解説する。
辻 大輔
名古屋大学 環境学研究科
世話人:大槻 道夫 / 参加者:未定
第142回
2018年11月19日
13:00-14:00
基礎工学B棟2階(B204)
Cells, Bacteria, Biofilaments: Invasion of Biological Matter into Capillaries
Biological active materials such as bacterial biofilms and eukaryotic cells thrive in confined microspaces. Here, we numerically show that combining growth dynamics with their intrinsic activity cells can use confinement as a mechanical guidance to achieve distinct modes of collective invasion. We assess the dynamics of the growing interface and classify these collective modes of invasion based on the activity of the cells. While at small and moderate activities the active material grows as a coherent unit, we find blobs of active materials collectively detaching from the cohort above an activity threshold in a process reminiscent of the intravasation in cancer cells. We further characterise the mechanical mechanisms of transition between different modes of invasion.
Felix Kempf
Statistical and Biological Physics, Ludwig Maximilian University of Munich
世話人:松永大樹 / 参加者:未定
第141回
2018年10月26日
10:30-11:30
基礎工学D棟4階 セミナー室(D404-08)
Department of Ophthalmology, University of Pittsburgh
The eye is a remarkable complex organ. Although most people rarely think of the eye as a mechanical structure, forces and deformations play a central role in vision. Abnormal connective tissue architecture, and altered mechanical behavior of ocular tissues can compromise vision and lead to blindness. Unfortunately, for many eye conditions, the mechanisms underlying vision loss and the role of mechanics are still not completely understood, which complicates prevention and treatment. This is, in large part, due to the difficulty of assessing the structure and mechanics of ocular tissues. In the Laboratory of Ocular Biomechanics at the University of Pittsburgh, we work to develop tools to characterize the eye and its biomechanics. In this seminar I will highlight recent advances for the characterization of ocular connective tissue microarchitecture, and of the effects of intraocular and intracranial pressures.
Ian A. Sigal, PhD
Department of Ophthalmology, University of Pittsburgh
世話人:出口 真次 / 参加者:未定

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