Matsumoto Lab
Hiroaki MATSUMOTO
 松本 裕昭 Hiroaki MATSUMOTO
職   名:教授
研究組織:大学院工学研究院
       システムの創生部門/システムのデザイン分野
教育組織:大学院工学府
       システム統合工学専攻/機械システム工学コース
学部組織:工学部生産工学科
担当講義:<大学院>希薄気体流れの力学
       <学  部>流体力学I,流体力学U,
              基礎流体解析

       <第二部>流体力学U
専   門:希薄気体力学,数値流体工学
連絡先  :E-mail
松本研究室ホームページ
関連リンク
● 研究テーマと概要 ●
流れの挙動や流れが関わる様々な現象の解明と予測に、数値シミュレーションは大変有効な手法の一つとなっている。本研究室では、宇宙空間や高層大気、真空装置内などに見られる希薄気体流れの解析と連続流の領域における流れの解析について、主に数値シミュレーションにより研究を行っている。希薄気体流れでは、流れを構成する分子のミクロな挙動から流体としてのマクロな運動を解析することが重要となり、Boltzmann 方程式をベースとしたシミュレーションが必要となることが知られている。しかしBoltzmann 方程式は、分子の速度と空間座標を独立変数に持つ、速度分布関数に関する微分・積分方程式であるため、差分法や有限要素法などを直接適用して解析することは極めて困難であり、Monte Carlo 法のような、模擬分子の動きを確率・統計的に扱う手法が有効とされている。Monte Carlo法により実在気体の挙動を現実的に解析するためには、分子間の衝突や分子と壁面との干渉を、精度良く扱うことが重要である。本研究室では、分子間衝突を精度良く高効率に計算する簡易な弾性衝突モデルの開発、分子間衝突に量子力学を適用した高精度の計算手法の開発や、非弾性衝突を記述するモデルの性能解析、工学的な応用を考慮した簡易かつ高効率な比弾性衝突モデルの開発等を行っている。また、連続流については、Navier-Stokes方程式に差分法を適用した解析を中心に研究を行っており,流体関連振動に関する解析や,気液二相流れの解析なども行っている。
Fig.1 Computational profiles of normalized number density n*, translational temperature Ttr*, and rotational temperature TR* through a Mach 7 nitrogen normal shock wave as compared with the experimental data of normalized number density n*(○) and rotational temperature TR*(□). Fig.2 Monte Carlo simulation of hyper sonic flow around a blunt ended circular cylinder for upstream Mach number M=20.6, temperature T0=16.36K, and Knudsen number Kn=0.141. (a) Density distribution, (b) Comparison of rotational temperature profiles near stagnation line between DSMC and experiment.
● 主な公表論文 ●
(1) H.Matsumoto, K.Koura: Comparison of Velocity Distribution Functions in an Argon Shock Wavebetween Experiments and Monte Carlo Calculations for Lennard-Jones Potential. Physics of Fluid,A,Vol.3,(1991) pp.3038-3045.
(2) H.Matsumoto: Test of Efficiency of Variable Soft Sphere and VariableHard Sphere Molecular Models in the Direct Simulation Monte Carlo Method, JSME International Journal, B, 40, (1997) pp.529-535.
(3) H.Matsumoto: Variable sphere molecular model for inverse power law and Lennard-Jones potentials in Monte Carlo Simulation, H.Matsumoto, Physics of Fluid,A,Vol.3, (2002) pp. 4256-4265.
(4) 松本裕昭:窒素分子の回転衝突数と非弾性衝突モデルの衝突断面積,日本機械学会論文集B,Vol.73,No.735, (2007) pp.2193-2203.
(5) Elastic Molecular Collision Models for Quantum Mechanical Scattering in the Monte Carlo Simulation of Rarefied Gas Flow at Low Temperatures. H.Matsumoto, Physics of Fluids Vol.20,No.9, (2008) pp.097103 1-5.

The computational fluid dynamics (CFD) is a one of the efficient tool for the prediction and analysis of various flows. This laboratory aims to analyze the rarefied gas flow and various fluid phenomena by means of CFD technique. Our researches are as follows.
(1) Monte Carlo simulation of rarefied gas flow. In the Monte Carlo simulation of rarefied gas flow, a realistic and simple molecular model is required. In this laboratory, we investigate the validity of the realistic molecular collision such as quantum mechanical scattering for elastic collision, trajectory calculation of inelastic collision, as well as the simple scattering models.
(2) Numerical prediction of flow induced instability and vibration.
(3) Numerical simulation of two phase flow.

BACK