2. 2 メディアコンピューティング研究分野

2. 2 メディアコンピューティング研究分野

2. 2. 1  スタッフ

職名 氏名 専門分野

教授 牛島 省 数値流体力学

助教 山崎浩気 交通工学，交通シミュレーション

2. 2. 2 研究内容紹介

接触を伴う流体中の物体輸送の並列計算法 流体構造連成（Fluid-Structure Interaction，FSI）問題に対して，多相 場モデルを利用する3次元計算手法を開発し，これまで自由水面流中の物体輸送問題や，有限変形する物体との連 成問題などへの適用を進めてきた．2011年度は，昨年度に開発した移動・変形を伴わない並列解法を発展させて，

流体中を移動する多数の物体運動に対する並列計算法を提案した．この解法では，複雑な形状の物体を複数の四面 体要素で表現し，物体と流体との力学的な連成作用を考慮するとともに，物体間の接触を扱うことも可能である．

計算手法の使用メモリ量の削減などが今後の課題である．

熱的な連成を考慮した多相場の並列計算手法 これまでの当研究分野のFSI問題に対する計算法では，流体と固体 間の力学的な連成作用（圧力と粘性力）のみを考慮していたが，2011年度は発熱する複雑形状物体や，非等温な 気液相の流動などを対象として，熱的な連成作用を扱える新しい多相場モデルを提案し，並列計算法に組み込んだ．

今後は，モデルの精度向上を図り，複雑な形状の発熱部材に対する強制対流による除熱や，発熱体周辺に生ずる自 然対流など，工学問題への応用を進める計画である．

幾何学的表面張力評価法の開発 これまでに開発した非数値拡散フィルタ（Anti Numerical Diffusion fi lter，ANDフィ ルタ）を発展させて，気液界面付近の気体あるいは液体の体積占有率を精度良く追跡できる解法を提案した．この 解法では，界面の幾何形状により表面張力を評価し，少ない計算セルで界面を精度良く表現することが可能となっ た．この解法を，せん断流中の液滴の変形・分裂問題や，落下液滴の大変形問題など，界面張力が支配的となる現 象に適用して実験結果等との比較を行い，提案手法の有効性を確認した．

汽水湖への並列流体計算法の応用 並列流体計算法の実用問題への応用として，エジプトの地中海沿岸にある汽水 湖（ラグーン）における物質拡散の予測手法の開発を進めている．2011年度は，2次元浅水流方程式に非圧縮性流 体計算アルゴリズムを利用する解法を用いて，ラグーンの平面形状を非構造格子により表現し，内部の物質輸送を 並列的に計算した．この研究は，エジプト出身の留学生（工学研究科・社会基盤工学専攻・博士後期課程）の教育 課程の一環として行われており，得られた成果をJSPS二国間交流事業共同研究/ セミナーにて発表した．今後は，

水温や塩分濃度などを評価する3次元並列解法を整備する予定である．

2. 2. 2.2 山崎 浩気

交通データの大規模処理 日々蓄積される高速道路上の交通データを，限定された時間内で効率的に処理して，サー ビス水準の低下を招く原因の特定・診断をおこなうことが重要な課題である．一方で，並列プログラミング等の情 報学分野における並列計算技術，グリッドコンピューティングなどの計算処理プロセス研究が，21世紀に入って 以降，爆発的に進歩を遂げている．当研究分野では，進展した計算処理プロセス研究を活用して，多種多様な交通 データの統合的取扱い，即時的処理に関する融合的研究をおこなうことにより，簡易な操作で大規模データハンド リングをおこないながら，広域から局所的な問題まで包括的に交通サービス水準を評価・診断できるシステム構築 の検討を進めている．

並列型交通流シミュレーションに関する検討 本研究では，計算速度・計算可能範囲に優れて，大規模エリアで計

算可能な，並列型交通流シミュレーション構築を目的としている．2011年度は交通流の数理的モデル表現に関して．

流体モデルについて検討してきた．今後，スーパーコンピュータの高い計算力を活かした並列型交通流シミュレー ション構築をおこなっていく．

2. 2. 3   2011 年度の研究活動状況

（1） 2011年度の主な研究活動は，上記のとおりであり，1）接触を伴う流体中の物体輸送の並列計算，2）熱的な 連成を考慮した多相場の並列計算手法，3）幾何学的表面張力評価法の開発，4）汽水湖への並列流体計算法の

応用，5）交通流シミュレーションの並列計算手法など，数値流体力学・交通工学に関連する問題を中心として，

従来の解法では取り扱いが難しかった課題にチャレンジする計算手法の開発に取り組んできた．これらの成果 の大半は，本センターのスーパーコンピュータを活用して得られたものであり，学会発表等を通じて，センター の研究活動を国内外へ積極的に公表した．

（2） エジプトのラグーンにおける流動計算を本センターのスーパーコンピュータを利用して実施し，JSPS二国間交 流事業共同研究/セミナー「ナイルデルタの統合水資源管理に向けた日本・エジプト水理水文ネットワークの構 築（JE-hydronet: Modern Methodologies for the Management, Monitoring and Planning of Integrated Water Resources in

Nile Delta）」（日本側代表：京都大学防災研究所・角哲也教授）に参画して，研究内容を発表した．

（3） 科学研究費補助金研究「沿岸都市における津波複合災害の時系列的危険度評価に関する研究」（研究代表者：

防災研究所・米山望准教授）の研究分担者として研究協力を行った．

（4） 学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点「マルチフィジックスおよび最適化問題に向けたハイパフォーマ ンス計算力学」（研究代表者：中央大学・樫山和男）を通じて，本センターのスーパーコンピュータシステム を拠点とする共同研究に参画した．

（5） 住友重機械工業株式会社との共同研究「流体と物質輸送計算に関わる共同研究」を通じて，本センターのスー パーコンピュータシステムを利用する計算手法の開発と実用問題への応用を進めた．

2. 2. 4  研究業績

2. 2. 4. 2 学術論文

 ・ 藤岡奨，牛島省，幾何学的境界面再構築による表面張力評価法，応用力学論文集，vol.14, pp. 75-84, 2011.

 ・ 山下遼，岸本和也，永井克明，牛島省，多孔質体中を透過する自由水面流れの3次元並列計算，土木学会論文 集B1（水工学）， Vol. 68, No.4, I 1219-I 1224, 2012.

 ・ H. Yamazaki, N. Uno and F. Kurauchi, The effect of a new intercity expressway based on travel time reliability using ETC data, IET-Intelligent Transport Systems Research Paper, 2012.

2. 2. 4. 3 国際会議

 ・ S. Ushijima, K. Kishimoto, H. Yamashita, K. Nagai and S. Fujioka，Direct numerical simulation for free-surface fl ows through porous mediawith multiphase modeling，International SymposiumonMultiscaleMultiphase Process Engineering (MMPE), P-1, 2011.

 ・ S. Fujioka and S. Ushijima，Application of evaluation method of surface tension with geometrical condition to three-dimension simulation of droplet deformation and breakup，International Symposium on Multiscale Multiphase Process Engineering (MMPE), L-5, 2011.

 ・ S. Ushijima, D. Toriu, H. Yamashita and M. R. Soliman, Multiphase modeling for fl uid-structure interactions with high-performance parallel computations and their application to hydraulics problems，Proc. 2nd JE-Hydro Net Symposium on the Nile River System and the Nile Delta of Egypt, 2012.

 ・ M. R. Soliman, S. Ushijima and I. El-Shinnawy, 2D Hydrodynamic transportmodel of El-Burullus lagoon in Egypt, Proc.

2nd JE-Hydro Net Symposium on the Nile River System and the Nile Delta of Egypt, 2012.

171 2. 2 メディアコンピューティング研究分野

 ・ H. Yamazaki, N. Uno, Y. Shiomi, H. Shimamoto and F. Kurauchi, An infl uence of new operation of intercity expressway upon interchange choice of users using etc-card dataset, The 16th International Conference of Hong Kong Society for Transportation Studies, 2011.

2. 2. 4. 4 国内会議

 ・ 藤岡奨，牛島省，多相流場の解法による上昇気泡群の気液界面面積評価，第25回数値流体力学シンポジウム，

E11-1, 2011.

 ・ 山下遼，牛島省，マルチフェイズモデルを用いた多孔質体中の自由水面流の並列計算，第25回数値流体力学 シンポジウム，E12-1, 2011.

 ・ 藤岡奨，牛島省，幾何学的表面張力評価法を利用した二次元液滴変形及び分裂の数値計算，日本混相流学会年 会講演会，B113, 2011.

 ・ 藤岡奨，牛島省，表面張力の直接評価を用いた非圧縮多相流場の解法による液滴滴下の数値計算，日本流体力 学会年会2011.

 ・ 山崎浩気，岸本和也，牛島省，交通流シミュレーションの並列化に向けた数理的表現に関する基礎的研究，交 通科学研究会H23年度研究発表会，2011.

 ・ 山崎浩気，宇野伸宏，倉内文孝，嶋本寛，交通ネットワーク信頼性研究の展望，土木計画学研究・講演集，

No.45, 2011.

2. 2. 4. 5 その他研究会等

 ・ 樫山和男，寺田賢二郎，松本純一，岡澤重信，木村一郎，岩下武史，牛島省，ハイパフォーマンス計算力学（最 終報告），学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点，第3回シンポジウム，2011年7月．

 ・ 樫山和男，牛島省，寺田賢二郎，岡澤重信，木村一郎，中畑和之，浅井光輝，松本純一，岩下武史，小山田耕 二，マルチフィジックスおよび最適化問題に向けたハイパフォーマンス計算力学，学際大規模情報基盤共同利 用・共同研究拠点平成23年度共同研究中間報告書，2011年12月．

2. 2. 5 研究助成金・受託研究・寄附金

 ・ 牛島省（分担者）， 科学研究費補助金， 基盤研究（C），「沿岸都市における津波複合災害の時系列的危険度評価 委に関する研究」代表者・京都大学防災研究所・米山望（100千円），2009〜2011 年度．

 ・ 牛島省，共同研究，「流体と物質輸送計算に関わる共同研究」，住友重機械工業株式会社（2,750千円），平成23年度．

 ・ 牛島省，寄附金，住友重機械プロセス機器株式会社（300千円）．

 ・ 山崎浩気，平成23年度京都大学若手研究者スタートアップ研究費，「道路ネットワークのサービス水準評価の ための多種データの即時的処理に関する研究」，250千円，2011〜2012年度．

 ・ 山崎浩気（分担者），科学研究費補助金，基盤研究（B），「時間信頼性に基づく道路交通サービス水準変動の評価・

マネジメント手法に関する研究」代表者・京都大学経営管理研究部・宇野伸宏（450千円），2009〜2011年度．

2. 2. 6  特許等取得状況

 該当なし

2. 2. 7  博士学位論文

 該当なし

2. 2. 8  外国人来訪者

 ・ Prof. Gregory De Costa (Open Polytechnic, New Zealand), “Assessment and Management of Coastal Zones Subject to Salinity Intrusion”, 2011年10月12日．