2026/02/20 更新

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マツシタ シンタロウ
松下 真太郎
MATSUSHITA SHINTARO
所属
工学院 助教
職名
助教
外部リンク

学位

  • 博士(工学) ( 2020年3月   東京工業大学 )

研究キーワード

  • 混相流シミュレーション

  • GPUコンピューティング

研究分野

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 流体工学  / 数値流体力学

  • 情報通信 / 高性能計算  / 混相流シミュレーション

学歴

  • 東京工業大学   工学院機械系

    2017年4月 - 2020年3月

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    国名: 日本国

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  • 東京工業大学   大学院総合理工学研究科   創造エネルギー専攻

    2015年4月 - 2017年3月

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  • 沼津工業高等専門学校   専攻科   制御・情報システム工学専攻

    2013年4月 - 2015年3月

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    国名: 日本国

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経歴

  • 東京科学大学   工学院   テニュアトラック助教

    2025年4月 - 現在

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  • 東京科学大学   工学院   助教

    2024年10月 - 2025年3月

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  • 東京工業大学   工学院機械系   助教

    2020年7月 - 2024年9月

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    国名:日本国

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  • 東京工業大学   学術国際情報センター   博士研究員

    2020年4月 - 2020年7月

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    国名:日本国

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委員歴

  • 東京科学大学 ISE   SSS&ISE 異分野融合マッチングワークショップ 実行委員  

    2025年3月 - 2025年6月   

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    団体区分:その他

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  • 日本伝熱学会   第62回伝熱シンポジウム実行委員  

    2024年10月 - 2025年5月   

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    団体区分:学協会

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論文

  • Sacrificial carbon fiber–nickel hydroxide core–shell particles for nickel oxide diffusion from pore surfaces to grain interfaces in zirconia

    Shingo Machida, Daisaku Yokoe, Yuki Sada, Masayuki Uesugi, Akihisa Takeuchi, Gaku Okuma, Daiki Takeda, Shintaro Matsushita, Tetsuya Yamada

    CrystEngComm   2026年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1039/D5CE01187F

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  • Pore-scale investigations of particle migration by fluid–particle interactions in immiscible two-phase flow systems: A three-dimensional X-ray microtomography study

    Sotheavuth Sin, Muhammad Nasir, Kailin Wang, Anindityo Patmonoaji, Wilson Susanto, Bowen Wang, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Advances in Water Resources   Vol. 202   2025年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.advwatres.2025.104998

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  • Pore-scale relative permeability and saturation analysis under wide-ranging injection velocity and wettability during primary CO2 injection for geological carbon sequestration

    Muhammad Nasir, Shintaro Matsushita, Kailin Wang, Masayuki Osada, Shu Yamashita, Wilson Susanto, Sotheavuth Sin, Tetsuya Suekane

    Advances in Water Resources   Vol. 199   2025年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.advwatres.2025.104938

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  • Investigating the effects of flow rate on pore-scale mass transfer and salt spatial distribution in the drying process of porous media using X-ray microtomography

    Wilson Susanto, Muhammad Nasir, Mohammad Azis Mahardika, Sotheavuth Sin, Kailin Wang, Anindityo Patmonoaji, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    International Communications in Heat and Mass Transfer   Vol. 166 ( No. 109113 )   2025年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2025.109113

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  • Characteristics of pore-scale events and their impact on transport in porous media

    Kailin Wang, Shintaro Matsushita, Muhammad Nasir, Sotheavuth Sin, Susanto Wilson, Bowen Wang, Tetsuya Suekane

    Physics of fluid   2025年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1063/5.0247106

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  • The Characteristics of Two-phase Flow in Porous Media over Wide Range of Capillary, Viscous, and Inertial Force

    Kailin Wang, Shintaro Matsushita, Sotheavuth Sin, Wilson Susanto, Bowen Wang, Tetsuya Suekane

    Journal of Applied Mathematics and Computation   Volume 8 ( Issue 4 )   2025年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The characteristic of two-phase immiscible flow in porous media is controlled by different kinds of force, such as interface surface tension (capillary force) and fluid viscosity (viscous force). Based on those two forces, three typical displacement patterns in porous media are divided, named as capillary fingering, viscous fingering and stable displacement. However, the impact of inertial force in displacement pattern, which generate due to the flow direction or velocity change of fluid, is always neglected. This research used direct numerical simulation (DNS) to study the two-phase immiscible pattern with a wide range of capillary number (Ca) and ratio of Reynolds number (Re). The Ca is a dimensionless value which represents the ratio of viscous force and capillary force. While Re represents the ratio of inertial force and viscous force. The impact of forces on displacement patterns were determined based on the quantitative analyses of the saturation distribution as functions of Ca and Re. The result shows that inertial effects have minimal influence on flow conditions at low capillary numbers. However, at high capillary numbers, capillary forces become less significant, and inertial effects strongly influence flow conditions. These findings contribute the different insight of fluid displacement patterns, controlled by balance of inertial, capillary and viscous forces, has a noticeable influence on recovery or storage efficiency in subsurface process.

    DOI: 10.26855/jamc.2024.12.006

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  • A simulation study on the influence of marginal pinching upon liquid film dynamics

    Tongda Lian, Shintaro Matsushita, Takayuki Aoki

    Physics of Fluids   Volume 36 ( Issue 11 )   2024年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    In fluid dynamics, the generation and bursting of surface bubble liquid films in surfactant-laden environments involve complex phenomena, one of which is marginal pinching at the film's foot—a crucial yet inadequately understood aspect due to experimental limitations. Considering its profound impact on liquid film drainage and lifetime, we utilize high-resolution numerical simulations incorporating a weakly compressible scheme and adaptive mesh refinement to dissect the marginal pinching dynamics with unprecedented detail. Our approach elucidates the pinching dynamics and tracks the evolution of film thickness during the critical late-stage drainage process. By leveraging detailed geometric data from pinched regions, we significantly refine existing drainage models, enhancing their predictive accuracy regarding rupture thickness and film lifetime across various viscosities, surfactant concentrations, and bubble sizes. This refined model demonstrates robust alignment with our simulation results. Furthermore, we establish a quantifiable relationship between the prefactor governing reverse flow induced by the Marangoni effect and surfactant concentration. The methodologies and findings of this study provide foundational knowledge that paves the way for optimized industrial processes and an enhanced understanding of natural phenomena.

    DOI: 10.1063/5.0235150

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  • Conservative transport model for surfactant on the interface based on the phase-field method

    Shu Yamashita, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Journal of Computational Physics   Volume 516   2024年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.jcp.2024.113292

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  • Energy transfer process during Haines jumps and meniscus reconfiguration with a high-density and viscosity ratio

    Kailin Wang, Shintaro Matsushita, Shu Yamashita, Muhammad Nasir, Tetsuya Suekane

    International Journal of Heat and Mass Transfer   vol. 230   2024年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Haines jumps and meniscus reconfiguration are commonly observed in immiscible two-phase flows through porous media. The experiment found that the fluid-fluid interface moves rapidly during these two phenomena. This leads to hydraulic change and entropy production events, which have important implications for relative permeability of two-phase flow in porous media. However, owing to the energy-transfer process remains to be elucidated, their impact on transport of heat and mass in porous media has not yet been well predicted. By analyzing the exchange process between surface energy, kinetic energy, and viscous dissipation, this study provides a better understanding of meniscus dynamics and whether these effects are significant on a larger scale. In this study, Direct Numerical Simulation (DNS) combined with level-set method was used to simulate the process of Haines jumps and meniscus reconfiguration. A governing equation combined with density-scale continuum surface force (CSF) model was derived for energy conservation, and simulations were performed considering high-density and high-viscosity ratios. The rate of surface-energy change was evaluated using CSF model. A capillary tube was designed to verify the rate of surface-energy change in simulation. Comparison of simulation and theoretical data indicates that the density-scale CSF model can satisfactorily evaluate the rate of change in surface energy. Besides, to compare energy transfer process in Haines jumps and meniscus reconfiguration, two simulation cases were designed: (I) Haines jump and meniscus reconfiguration occur individually, and (II) Haines jump and meniscus reconfiguration occur simultaneously. We investigated the energy exchange process and compared the effects of the inertial force and viscous dissipation between cases I and II. Based on the simulation results, the interface releases surface free energy to the system during the Haines jumps and meniscus reconfiguration. In the case of only Haines jumps, a portion of the released surface energy is absorbed by another fluid-fluid interface, thus reducing the surface-energy release rate in the system. This energy can be dissipated promptly, resulting in a rapid viscous-dissipation growth; but the kinetic-energy change is negligible. However, when meniscus reconfiguration occurs, released surface energy is difficult to reabsorb and cannot dissipate quickly. Thus, a significant amount of released energy is converted into kinetic energy, which is subsequently damped by the fluid. This significant kinetic-energy oscillation generates a large inertial force and spreads over a wider sphere of influence in the porous media. Energy transfer process shows a more detailed fundamental understanding of mass transfer in porous media, such as flow perturbations, entropy production and permeability in porous media, and it helps a rigorous process for upscaling models used for thermodynamic, heat and mass transfer in porous media.

    DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.125749

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  • Three-dimensional visualization of Rayleigh–Bénard convection in porous media

    Sotheavuth Sin, Shun Imai, Mohammad Azis Mahardika, Anindityo Patmonoaji, Muhammad Nasir, Wilson Susanto, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Advances in Water Resources   vol. 186   2024年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Investigating Rayleigh–Bénard convection, its onset, and its effect on mass transfer are crucial for understanding the effective dissolution processes between carbon-dioxide (CO2)-saturated and CO2-free brines in CO2 geological storage. However, most previous investigations on the onset of convection and mass transfer properties were conducted by 2D and 3D numerical simulations. Only a few 3D experimental studies of Rayleigh–Bénard convection were reported. In this study, we proposed a non-destructive experimental approach to visualize the three-dimensional (3D) fingering structure of Rayleigh–Bénard convection using a micro-focused X-ray computed tomography (X-ray CT) scanner. The experimental conditions covered the Rayleigh number (Ra) range between 3400 and 23000, which also includes the Ra value of the actual condition of gas reservoir field. Results show that fingers and coalescence dynamics significantly developed upon increasing Ra. At higher Ra, the finger concentration experienced greater dilution due to the combined effects of unsteady finger motion and enhanced dispersion strength. The maximum finger extension velocity is linearly proportional to Ra. The convective mass flux (Sh) correlated with Ra by a power-law relationship. The findings in this study provide a better understanding of the influence of Ra on mass transport properties and can be used as a reference for developing the convective mass transfer model of Rayleigh–Bénard convection in 3D porous media.

    DOI: 10.1016/j.advwatres.2024.104666

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  • Impact of oil viscosity on the dispersion in an aqueous phase of immiscible two-phase flow in porous media – An X-ray tomography Study

    Zijing Li, Muhammad Nasir, Weicen Wang, Kazuki Kaito, Chunwei Zhang, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Water Resource Researches   Vol. 59   2023年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1029/2023WR034849

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  • Effect of foam on miscible displacement in the Hele-Shaw cell with a chemical reaction approach

    松下 真太郎, 末包 哲也

    Physics of Fluids   Vol. 35 ( No. 5 )   2023年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AIP Publishing  

    <jats:p>In this paper, we discuss the effects of a foam generated by a chemical reaction on viscous fingering (VF) as observed using a Hele–Shaw cell and a microchannel. Sodium bicarbonate solution both with and without surfactant was used as the displacing fluid, and citric acid solution was used as the displaced fluid. We found that the presence of surfactant can significantly increase the coalescence time and decrease the nucleation time; the displacement time was found to change with the injection flow rate. The nature of the VF pattern was found to depend on the interrelationship between these three characteristic times. When the displacement time was significantly larger than the coalescence time, which was, in turn, much larger than the nucleation time, small bubbles were generated at the start of the experiment, but these merged into large bubbles at the end. However, small bubbles were still created and did not coalesce, and the shape of the VF was more stable. When the displacement time was close to the nucleation time but considerably smaller than the coalescence time, many small bubbles were produced without coalescence, inhibiting the flow of the advancing fluid and widening the fingers. The effects of the surfactant and citric acid concentrations were also examined from the viewpoint of the characteristic times in the Hele–Shaw cell. In the microchannel, we discovered that the foam structure produced early in the experiment inhibits the development of preferential flow channels, impedes the formation of an oil film, and enhances the micro-displacement efficiency.</jats:p>

    DOI: 10.1063/5.0139528

    CiNii Research

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  • 弱圧縮性手法を用いた多孔質体内混相流の大規模計算 査読

    長田雅之, 松下真太郎, 末包哲也

    混相流   Vol. 37 ( No. 1 )   110 - 127   2023年3月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    CiNii Research

    J-GLOBAL

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  • An AMR-Based Liquid Film Simulation with Surfactant Transport Using PLIC-HF Method

    Tongda Lian, Shintaro Matsushita, Takayuki Aoki

    Applied Sciences Special Issue "Multiphase and Granular Flows",   Vol. 2023 ( no. 13(3) )   2023年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.3390/app13031955

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  • Pore-scale investigation of wettability effects on drying process of three-dimensional porous medium

    Muhammad Nasir, Zijing Li, Mohammad Azis, weicen wang, yun she, kailin wang, anindityo, Shintaro matsushita, suekane

    International Communications in Heat and Mass Transfer   Volume 140   2022年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Drying process of porous medium is of interest in engineering applications. However, pore-scale studies of wettability effects on the drying process of three-dimensional (3D) porous media remain limited. X-ray microtomography was used to investigate the wettability effects on the drying process of 3D porous medium from a pore-scale perspective. Results show higher wettability increases capillary pressure, which enhances the rearrangement of liquid from large pores to small pores. We also found that liquid clusters are unlikely to disappear for a long time confirming that higher wettability supports the flow through liquid film. This study also provides new insight that capillary flow by liquid film is associated with branch clusters. These clusters maintain the gas–liquid interfacial area that acts as the evaporation surface. As a result, drying is intensive in a water-wet porous medium with a longer constant rate period in which drying is controlled by external diffusion. In a neutral-wet porous medium, an early drop in drying rate occurs. Thus, drying is mainly a falling rate period limited by vapor diffusion through the newly emerging dried region within the medium.

    DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2022.106527

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  • Three-dimensional pore-scale observation of drying process of porous media

    Muhammad Nasir, Kazuki Kaito, Anindityo Patmonoaji, Mohammad Azis Mahardika, Yun She, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    International Journal of Heat and Mass Transfer   Volume 196   2022年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    X-ray micro-tomography was used to comprehensively study the pore-scale drying process and characterize the liquid film region and the invasion front. Our finding reveals that the decrease in saturation is not uniform across the pore size. The capillary rearrangement, which refers to the restructuring of the liquid phase due to the capillary pressure difference, drives the liquid to flow from large pores to small pores. As a result, the decrease in liquid saturation occurs preferentially within the larger pores. A sharp decrease in liquid saturation occurred at the invasion front, where saturation ranged from 1 to around 0.15. The obtained invasion width that characterized the extent of roughness and disorder of the invasion front obeyed the scaling law of the percolation model. Therefore, this region is significantly limited by the interaction between capillary and gravity. However, with more multi-pore connected clusters observed within the porous medium, the critical exponent of the cumulative cluster size distribution obtained from the cluster region deviates from the universal power-law behavior. This result indicates the presence of liquid film within the cluster region, where the viscous force becomes comparable to the capillary force. We also found that the total gas-liquid-specific interfacial area has no effect on the drying rate. This result provides new evidence that the liquid film region is vapor saturated.

    DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123299

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  • Effect of In-situ Dual Surfactant Formulation on Spontaneous Oil Deformation: A Comprehensive Study from Mechanism Discovery to Oil Recovery Application

    Yun She, Hirotaka Aoki, Yingxue Hu, Chunwei Zhang, Mohammad Azis Mahardika, Muhammad Nasir, Weicen Wang, Anindityo Patmonoaji, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Industrial & Engineering Chemistry Research   2022年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    An in-situ dual-surfactant formulation is developed by using a novel cationic surfactant adsorbing the in-situ acid components in crude oil. As a result, various oil deformation patterns are first revealed and applied to control the viscous instabilities for oil recovery application. To this end, four dynamic oil displacement tests are conducted via camera snapshotting or X-ray microtomography in two and three dimensions, without and with porous media, in single to multipore-throat structures as well as through pore-scale and macroscale visualizations. As suggested in the results, displacing the oil phase using a 20 mmol/L cationic surfactant is the most effective method to suppress interfacial instability. The preferential flow path is frequently diverted by the repeated change of oil shape at a low flow rate. By contrast, emulsification plays a key role when the flow rate is high. It depends on which is dominant between the oil deformation and shearing velocity. From a deep insight into the pore spaces, oil deformation patterns are classified into oil spreading, shrinking, splitting, film detachment, and bridge breakup. The most significant oil deformation in the tortuous pore spaces occurs after 10 min of aging. Based on this time, we propose a new injection–alternate–stop scenario to suppress the viscous fingering and maximize the oil recovery efficiency to 80% in a large-scale reservoir.

    DOI: 10.1021/acs.iecr.2c01735

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  • Pore-scale investigation on microemulsion-based quasi-miscible flooding for EOR in water-wet/oil-wet reservoirs: A 3D study by X-ray microtomography

    Yun She, Weicen Wang, Yingxue Hu, Mohammad Azis Mahardika, Muhammad Nasir, Chunwei Zhang, Anindityo Patmonoaji, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Journal of Petroleum Science and Engineering   2022年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Microemulsion flooding has recently gained attention as an effective chemical-based method for enhanced oil recovery (EOR). The high performance of this technique is attributed to the classical mechanism: plugging effect and divergence of preferential flow path. In this study, miscible behavior was identified as a novel mechanism by which oil recovery was controlled by dissolution process instead of capillary forces. To this end, a new type of solvent-based microemulsion phase was prepared by mixing solvent, water, and surfactant as a flooding fluid. A series of experiments with direct water flooding, microemulsion flooding, and water-alternate-emulsion flooding for EOR were carried out for strong water-wet and oil-wet artificial rock sample. X-ray microtomography was used to visualize the oil configurations in three-dimensional pore spaces. An advanced workflow image processing method was developed for the first time to capture the miscible behavior in a pore-scale view. As suggested in the results, microemulsion flooding has a miscible displacement front where the oil phase is gradually solubilized. Therefore, capillary forces can be eliminated because the emulsion-oil interface is invisible but has a compositional gradient, leading to higher oil recovery. Compared with the immiscible waterflooding process, the capillary forces remained dominant, which hinders additional oil recovery. Based on EOR scenarios, we found that emulsion flooding could effectively solubilize larger well-connected oil clusters instead of small separate ganglia or singlets. Therefore, considering the miscible behavior, emulsion flooding can be applied to secondary oil recovery regardless of the reservoirs’ wettability, or to tertiary oil recovery in weakly/strongly oil-wet reservoirs with a well-connected oil phase after waterflooding.

    DOI: 10.1016/j.petrol.2022.110788

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  • Competition of gravity and viscous forces in miscible vertical displacement in a three-dimensional porous medium

    Mohammad Azis Mahardika, Yun She, Tomotaka Koe, Anindityo Patmonoaji, Muhammad Nasir, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Physics of Fluids   Vol. 34   2022年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    When viscosity and density contrast exist in the vertical miscible displacement in porous media between two fluids, the interplay between the viscous force and gravity determines the interface stability. Two stability criteria are derived to determine the interface stability. Hill's and Dumore's stability criteria are used to determine the interface stability of the sharp and diffused interface, respectively. In this study, we visualized the crossover between unstable displacement and stable displacement for a vertical displacement in porous media using microfocused x-ray computed tomography. The experiments were divided into four possible configurations: (1) unconditionally stable (gravitationally stable-viscously stable), (2) unconditionally unstable (gravitationally unstable-viscously unstable), (3) conditionally stable (gravitationally stable-viscously unstable), and (4) conditionally stable (gravitationally unstable, viscously stable). The structure of the displacement interface was visualized for the critical velocity ratio (V/Vc) in the range of 0.5–11.9. In the conditionally stable configurations 3 and 4, a crossover between stable and unstable displacements was observed. We found that Dumore's stability criterion is more appropriate for predicting interface stability than Hill's stability criterion. Viscous fingering occurs in configuration 3 when V/Vc is higher than Dumore's critical velocity, whereas gravity fingering occurs in configuration 4 when V/Vc is lower than Dumore's critical velocity. Similar events in two-dimensional experiments, such as tip-splitting, shielding, and coalescence, were also observed three-dimensionally. The significant changes in the mixing length and sweep efficiency signify the crossover between the stable and unstable displacements.

    DOI: 10.1063/5.0090387

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  • Spontaneous Deformation of Oil Clusters Induced by Dual Surfactants for Oil Recovery: Dynamic Study from Hele-Shaw Cell to Wettability-Altered Micromodel

    Yun She, Hirotaka Aoki, Weicen Wang, Zijing Li, Muhammad Nasir, Mohammad Azis Mahardika, Anindityo Patmonoaji, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Energy & Fuels   Vol. 36 ( Issue 11 )   2022年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Crude oil often contains long-chain fatty acid components. The fatty acid usually exists as a dissociative anionic surfactant in the oil phase. This study introduced a novel cationic surfactant to absorb the in situ anionic surfactant. Thus, a dual surfactant system was formed, and surfactant aggregates were produced near the water–oil interface. Due to the viscoelastic and fragile aggregates, spontaneous oil deformation and splitting were discovered as a novel mechanism for chemical enhanced oil recovery (EOR). First, we used a water phase doped with stearyltrimethylammonium chloride to displace the heavy oil with palmitic acid in the Hele-Shaw cell. The fingering patterns were observed in the water flooding (WF) and chemical flooding (CF) systems under different flow rates. After that, the experiments were transferred to the wettability-altered micromodel to simulate real oil recovery applications. The Hele-Shaw cell experiments show that viscous fingering was intensive at a low flow rate whereas it was significantly suppressed at a high flow rate in the CF system. The micromodel experiments show that oil recovery is higher in the CF system than in the WF system. The spontaneous cocurrent and counter-current oil blebbing was observed in the dynamic CF process. As the blebbing developed to a certain degree, the oil phase split into tiny droplets that could easily pass through the pore spaces. Additionally, the wettability was also altered from oil-wet to water-wet. As a result, oil recovery was improved significantly. The residual oil was classified into cluster, ganglia, and singlet based on the circularity and Euler number. We found the large clusters dominated in the WF system, whereas the small size of ganglia and singlets were the main forms in the CF system. The new chemical used can be applied for large-scale industrial EOR fields due to its good performance and low cost.

    DOI: 10.1021/acs.energyfuels.2c00772

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  • Hydrodynamic Fingering Induced by Gel Film Formation in Miscible Fluid Systems: An Experimental and Mathematical Study

    Muhammad Nasir, Ryuhei Yamaguchi, Yun She, Anindityo Patmonoaji, Mohammad Azis Mahardika, Weicen Wang, Zijing Li, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Applied Sciences   Vol. 12 ( Issue 10 )   2022年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Hydrodynamic fingering induced by gel formation shares common features with growing biofilms, bacterial colonies, and the instability of a confined chemical garden. Fluid displacement with gel formation is also essential in various engineering applications, including CO2 leakage remediation from storage reservoirs and enhanced oil recovery. We conducted Hele-Shaw cell displacement experiments for a miscible fluid system using skim milk and aqueous citric acid solution. This study aimed to investigate the effects of gel film formation on the fingering instability of a miscible fluid system and develop a mathematical model of the sequential growth of gel film formation at the fingertip. We found that the gel film formation thickens with time, resulting in instability at the interface. A distinctive fingering pattern, resembling tentacles, appears where miscibility is suppressed, and the growth of the finger is localized at the fingertip. The finger width remains constant with increasing flow rate, whereas the number of fingers increases linearly before the fingers merge. The gap width significantly limits the finger width. Finally, a mathematical model of sequential film thickness growth for a bubble-like fingertip structure was developed. This model is based upon the interplay between the diffusion of citric acid through the existing gel film formation and elongation of the fingertip. The model provides an understanding of the fundamental mechanism of the growth of the bubble-like fingertip.

    DOI: 10.3390/app12105043

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  • Gas-liquid two-phase flows simulation based on weakly compressible scheme with interface-adapted AMR method

    Shintaro Matsushita, Takayuki Aoki

    Journal of Computational Physics   445   2021年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Academic Press Inc.  

    DOI: 10.1016/j.jcp.2021.110605

    Scopus

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  • Viscous fingering with gas generation with chemical reaction in a Hele-Shaw cell

    Weicen Wang, Chunwei Zhang, Anindityo Patmonoaji, Yingxue Hu, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane, Yuichiro Nagatsu

    Physics of Fluids   Vol. 33   2021年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • Enhanced heavy oil recovery by calcium hydroxide flooding with the production of viscoelastic materials: Study with three-dimensional tomography and glass micromodels

    Mohammad Azis Mahardika, Yun She, Fujiura Shori, Anindityo Patmonoaji, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane, Yuichiro Nagatsu

    Energy & Fuels   Vol. 35   2021年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • 弱圧縮性流体計算手法による二粒子間液架橋の数値シミュレーション

    吉泉瑛, 青木尊之, 松下真太郎, 渡辺勢也, Yang Kai

    日本混相流学会誌「混相流」   vol. 35 ( No. 2 )   2021年6月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • Pore-scale investigation of wettability impact on residual nonaqueous phase liquid dissolution in natural porous media

    Yingxue Hu, Yun She, Chunwei Zhang, Anindityo Patmonoaji, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Vol. 787   2021年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • 弱圧縮性流体計算手法による二粒子間液架橋の数値シミュレーション

    吉泉瑛, 青木尊之, 松下慎太郎, 渡辺勢也, YANG Kai

    混相流   35 ( 2 )   294 - 301   2021年3月

  • Pore-scale study of in-situ surfactant flooding with strong oil emulsification in sandstone based on X-ray microtomography

    Yun She, Yingxue Hu, Chunwei Zhang, Mohammad Azis Mahardika, Anindityo Patmonoaji, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Journal of Industrial and Engineering Chemistry   Vol. 98   2021年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.jiec.2021.03.046

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  • Interpreting dynamics of snap-off in a constricted capillary from the energy dissipation principle

    Chunwei Zhang, Zhengyi Yuan, Shintaro Matsushita, Feng Xiao, Tetsuya Suekane

    Physics of Fluids   33 ( 3 )   2021年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1063/5.0044756

    Scopus

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  • Three-dimensional visualization of alkaline flooding process with in-situ emulsification for oil recovery in porous media

    Yun She, Mohammad Azis Mahardika, Yingxue Hu, Anindityo Patmonoaji, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane, Yuichiro Nagatsu

    J Petroleum Science and Engineering   Vol. 202   2021年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • Influence of stagnant zones on solute transport in heterogeneous porous media at pore scale

    Chunwei Zhang, Kazuki Kaito, Yingxue Hu, Anindityo Patmonoaji, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Physics of Fluids   Vol. 33   2021年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • Pore-scale investigation on nonaqueous phase liquid dissolution and mass transfer in 2D and 3D porous media

    Yingxue Hu, Anindityo Patmonoaji, Haiping Xu, Kazuki Kaito, Shintaro Matsushita, Tetsuya Suekane

    Intern. J. Heat Mass Trans   Vol. 169   2020年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • 気液二相流のマルチスケール・マルチフィジックスシミュレーション

    青木尊之, 松下真太郎

    トライボロジスト   65 ( 11 )   678 - 683   2020年11月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本トライボロジー学会  

    Simulation of gas-liquid two-phase flows include multi-scale and multi-physics problems. We have developed a weakly compressible computational scheme for incompressible flows with a purely explicit time integration and successfully implemented on GPU (Graphics Processing Unit) providing very high computational performance. AMR (Adaptive Mesh Refinement) method is available for the scheme and high-resolution meshes are assigned dynamically near the region of the gas-liquid interface. The AMR method greatly enhances the computational efficiency and makes it possible to compute the dynamics of thin liquid film such as a soap bubble which is a typical multi-scale problem. At the surface, viscoelasticity becomes more important and transportation of surfactant should be taken into consideration. It has been confirmed that the Marangoni effect stabilizes and avoids breaking-up a thin film covering a bubble on the water surface against the gravity in the simulation.

    DOI: 10.18914/tribologist.65.11_678

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    その他リンク: https://ndlsearch.ndl.go.jp/books/R000000004-I030778045

  • 弱圧縮性流体計算による非圧縮性気液二相流の数値シミュレーション

    松下真太郎

    2020年3月

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    記述言語:日本語   掲載種別:学位論文(博士)  

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  • 門池の水質と水深 査読

    竹口 昌之, 髙橋 駿平, 芳野 広起, 鈴木 裕貴, 渡辺 彩夏, 勝又 俊貴, 松下 真太郎, 三輪 史朗, 松本 祐子, 芳野 恭士

    技術・教育研究会技術・教育研究論文誌 = Journal of technology and education   26 ( 1 )   1 - 9   2019年12月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:[電気化学会] 技術・教育研究会  

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  • A weakly compressible scheme with a diffuse-interface method for low Mach number two-phase flows 査読

    Shintaro Matsushita, Takayuki Aoki

    Journal of Computational Physics   376 ( No. 1 )   838 - 862   2019年1月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    A weakly compressible scheme for gas–liquid two-phase flows with low Mach number is proposed for a fully-explicit time integration. The scheme is based on the fractional-step method with the Euler equation solver and time integration for viscous, surface tension and gravity terms. For the efficient solution of the Euler equation, we introduce the directional-splitting method and the method of characteristics which is applicable to semi-Lagrangian methods. A reduction of the speed of sound is also taken into consideration to enlarge the time step intervals. The primitive flow variables are time-integrated on the node-center configuration. To capture the gas–liquid interface, the conservative phase-field equation is solved by using the multi-moment method. It is computed as a conservative form for the volume-averaged value defined at the cell center, in which the flow velocities are given on the node. We discard the exact momentum conservation, however the total mass of gas and liquid is conserved by introducing a phase-field variable. Several benchmark problems are examined and the results of the explicit scheme are in good agreement with the experimental and computational references.

    DOI: 10.1016/j.jcp.2018.10.019

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  • 界面に適合するAMR法を用いた気液二相流の数値シミュレーション 査読

    松下 真太郎, 青木 尊之

    混相流   33 ( 1 )   96 - 102   2019年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   出版者・発行元:日本混相流学会  

    <p>A weakly compressible scheme for low-Mach number gas-liquid two-phase flows have been developed for a full-explicit time integration to avoid solving Poisson equation for large-scale two-phase flow simulations. To describe the gas-liquid interface the conservative Allen-Cahn equation, which is one of the phase-field models, is introduced and combined with the continuum equation. The accuracy of numerical results of two-phase flow strongly depends on the mesh resolution near the interface. The AMR(Adaptive Mesh Refinement) method greatly reduces the computational cost to assign high-resolution mesh to the region around the moving interface. We have developed a GPU-code of the tree-based AMR. We choose the node-centered configuration and the interpolation can be closed within a leaf in refining the leaf. We successfully have carried out two-phase flow simulations including very thin liquid film efficiently.</p>

    DOI: 10.3811/jjmf.2019.008

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  • 弱圧縮性流体解析手法に基づく完全陽解法による気液二相流

    松下真太郎, 青木尊之

    日本混相流学会誌「混相流」   Vol. 32 ( No. 4 )   2018年12月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • 木構造に基づいた AMR 法を用いた流束項付き保存形フェーズフィールド方程式のマルチモーメント法による解法 査読

    松下 真太郎, 青木 尊之

    日本計算工学会論文集   2018 ( 0 )   20180005 - 20180005   2018年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本計算工学会  

    気液二相流の数値シミュレーションは, 未だに数値流体力学的課題の多いテーマである. 近年のコンピュータの著しい性能向上に伴って, 流体方程式と界面追跡の方程式を直接解くことによる解析がなされてきている. しかし, 格子を増やすと新たな水滴や気泡が生じるなど, 解の収束性に至る十分な格子解像度で計算することは非常に困難である. 一般に気液二相流は界面近傍が激しく運動し複雑な挙動を示すため, 界面挙動を精度よく捉えるためには多くの格子が必要である. 界面近傍をより高解像度で効率的に計算するために, 細かい格子が必要となる領域に格子を集めることのできるAdaptive Mesh Refinement (AMR) 法を気液界面に適用することが考えられる. 総格子点数を大幅に削減することができ, 界面近傍をより高解像度で計算することが可能となる. 直交格子上で界面を追跡する手法として, レベルセット法, VOF法が広く用いられてきた. しかし, 激しい流れでは液体よりVOF値は小さいが気体より大きな値を持つ領域が気体中を浮遊する問題などが生じてしまう. 近年, 新たなアプローチとして保存形フェーズフィールド法が提案されており, 本研究では界面捕獲手法として良い結果が報告されている保存形Allen-Cahn方程式を用いる. マルチモーメント法である保存形IDO法を用いて保存形Allen-Cahn方程式を解くことにより, 格子点上に変数を配置しながら気相と液相の質量保存性を担保する. 保存形マルチモーメント法では格子点上の値に加えて線積分値や面積分値といったモーメントが時間積分される変数として定義されている. レベル差補間の際にはコンパクトな領域で精度の高い補間関数を構築可能であり, AMR法に適した手法であると言える. また, 界面が時間とともに動く場合には保存形Allen-Cahn方程式の時間微分項に流束の微分項が加わる. フェーズフィールド変数に対する連続方程式と保存形Allen-Cahn方程式に分離して解くことにより, 連続方程式に対してはCIP-CSLR1法を, 保存形Allen-Cahn方程式には保存形IDO法を用いることができる. 分離した式はいずれも方向分離法で各々の方向に対する1次元の式を繰り返し解くことができ, 連続方程式の解法に精度の高いセミ・ラグランジアン法が適用可能である. AMR法適用に際しても1次元方向のみの補間を考えれば良くAMR法の実装が容易な手法となっている. <br>本論文では流束項付き保存形Allen-Cahn方程式をマルチモーメント法の解法を高精度で解くために, 木構造に基づいたAMR法により界面の時間的・空間的に追従する動的な適合格子細分化法を導入した. フェーズフィール変数が急激に変化する領域に細かい格子を動的に配置する. ベンチマーク問題としてSingle Vortex問題をレベル0から5までの格子細分化を行って計算し, 最も細かい格子解像度で均一格子を用いた場合と比較して平均で1/12.3に格子点数を削減することができ, 9.26倍に計算を高速化することができた. 界面形状も計算領域全体を均一に細かい格子で計算した場合と同じ精度が出ていることを確認した. マルチモーメント法を用いることによりコンパクトで高精度な補間関数を構築可能であるため, 界面が大変形するような問題に対しても高い精度で計算できる. 本論文の成果は, 気液界面に適合した動的な格子細分化による気液二相流計算に適用可能である.

    DOI: 10.11421/jsces.2018.20180005

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書籍等出版物

  • SOFC/SOEC徹底理解 固体酸化物形燃料電池/固体酸化物形電解セルの現状と今後

    堀田 照久, 塩見 岳史, 松尾 滋人, 山田 哲也, 久保田 雄太, 松下 真太郎, 金谷 尚樹, Bloo, Energy Ja, 黒羽 智宏, パナソニックホールディングス株式会社, 林 真大, デンソ, 長田 憲和, エネルギーシステムズ株式会社, 高木 幹弘, カーボンニュートラル燃料技術センタ, 大西 久男, 石原 達己, 八島 正知, 佐藤 和好, 須田 聖一, 山岸 新一, 李 坤朋, 荒木 拓人, 永田 進(マグネクス株式, 山手 駿, 大友 順一郎, 臼井 俊( 担当: 共著)

    2025年2月  ( ISBN:9784865022810

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MISC

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講演・口頭発表等

  • 界面に適合するAMR法と弱圧縮性解法による濃度差マランゴニ効果を考慮した液膜形成シミュレーション

    松下 真太郎, 青木 尊之

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science  2020年6月  日本計算工学会

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    開催年月日: 2020年6月

    記述言語:日本語  

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  • MPF法による動的負荷分散の気液二相流AMR計算への適用と性能評価

    渡辺 勢也, 青木 尊之, 松下 真太郎, 胡 長洪, 高木 知弘

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science  2020年6月  日本計算工学会

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    開催年月日: 2020年6月

    記述言語:日本語  

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  • 界面に適合するAMR法と等温過程に基づく弱圧縮性解法による高解像度気液二相流計算

    松下 真太郎, 青木 尊之

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science  2019年5月  日本計算工学会

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    開催年月日: 2019年5月

    記述言語:日本語  

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  • 界面に適合するAMR法による液膜シミュレーション

    松下 真太郎, 青木 尊之

    計算力学講演会講演論文集  2019年  一般社団法人 日本機械学会

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    開催年月日: 2019年

    記述言語:日本語  

    <p>A fully explicit gas-liquid two-phase flow solver without solving Poisson equation based on weakly compressible assumption with interface-adapted AMR method is proposed to achieve high resolution simulation. Solving independent hyperbolic pressure evolution equation derived from isothermal Navier-Stokes equation allows us to achieve a fully explicit time integration. We have developed a GPU-code of the tree-based AMR method, which can greatly reduce the computational cost to assign high-resolution mesh to the region around the moving interfaces. The memory pool data structure having extra allocated space is prepared to prevent frequent memory allocation and deallocation to enhance the computational performance. The results of benchmarks have good agreements with that of incompressible solver and experiments. The soap bubble simulation using the finest mesh width (= 0.07825mm) on single GPU are demonstrated and the thin liquid film can be reproduced by achieving high-resolution two-phase flow simulation with explicit scheme and AMR method.</p>

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  • 界面に適合するAMR法と弱圧縮性近似に基づく完全陽解法を組み合わせた気液二相流の三次元計算

    松下 真太郎, 青木 尊之

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science  2018年6月  日本計算工学会

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    開催年月日: 2018年6月

    記述言語:日本語  

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  • 界面に適合するAMR法と完全陽解法による高解像度気液二相流計算

    松下 真太郎, 青木 尊之

    計算力学講演会講演論文集  2018年  一般社団法人 日本機械学会

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    開催年月日: 2018年

    記述言語:日本語  

    <p>A weakly compressible scheme for low-Mach number gas-liquid two-phase flows have been developed for a fullexplicit time integration to avoid solving Poisson equation. We introduce the fractional splitting method and directional splitting method to solve Euler equation which an efficient semi-Lagrangian scheme is applicable to. To describe the gas-liquid interface the conservative Allen-Cahn equation, which is one of the phase-field models, combined with the continuum equation is introduces. The accuracy of numerical results of two-phase flow strongly depends on the mesh resolution near the interface. The AMR (Adaptive Mesh Refinement) method greatly reduces the computational cost, since it is possible to assign high-resolution mesh to the region around the moving interface. We have developed a code to solve the equation in a manner of the tree-based AMR. Fractional step method and the directional splitting method helps to reduce the implementation difficulties of AMR method. We successfully carried out some violent two-phase flow simulation and flow including very thin liquid film by using the method which is combined weakly compressible scheme with AMR method.</p>

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  • 木構造に基づいた AMR 法を用いた流束項付き保存形フェーズフィールド方程式のマルチモーメント法による解法

    松下 真太郎, 青木 尊之

    日本計算工学会論文集  2018年  一般社団法人 日本計算工学会

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    開催年月日: 2018年

    記述言語:日本語  

    気液二相流の数値シミュレーションは, 未だに数値流体力学的課題の多いテーマである. 近年のコンピュータの著しい性能向上に伴って, 流体方程式と界面追跡の方程式を直接解くことによる解析がなされてきている. しかし, 格子を増やすと新たな水滴や気泡が生じるなど, 解の収束性に至る十分な格子解像度で計算することは非常に困難である. 一般に気液二相流は界面近傍が激しく運動し複雑な挙動を示すため, 界面挙動を精度よく捉えるためには多くの格子が必要である. 界面近傍をより高解像度で効率的に計算するために, 細かい格子が必要となる領域に格子を集めることのできるAdaptive Mesh Refinement (AMR) 法を気液界面に適用することが考えられる. 総格子点数を大幅に削減することができ, 界面近傍をより高解像度で計算することが可能となる. 直交格子上で界面を追跡する手法として, レベルセット法, VOF法が広く用いられてきた. しかし, 激しい流れでは液体よりVOF値は小さいが気体より大きな値を持つ領域が気体中を浮遊する問題などが生じてしまう. 近年, 新たなアプローチとして保存形フェーズフィールド法が提案されており, 本研究では界面捕獲手法として良い結果が報告されている保存形Allen-Cahn方程式を用いる. マルチモーメント法である保存形IDO法を用いて保存形Allen-Cahn方程式を解くことにより, 格子点上に変数を配置しながら気相と液相の質量保存性を担保する. 保存形マルチモーメント法では格子点上の値に加えて線積分値や面積分値といったモーメントが時間積分される変数として定義されている. レベル差補間の際にはコンパクトな領域で精度の高い補間関数を構築可能であり, AMR法に適した手法であると言える. また, 界面が時間とともに動く場合には保存形Allen-Cahn方程式の時間微分項に流束の微分項が加わる. フェーズフィールド変数に対する連続方程式と保存形Allen-Cahn方程式に分離して解くことにより, 連続方程式に対してはCIP-CSLR1法を, 保存形Allen-Cahn方程式には保存形IDO法を用いることができる. 分離した式はいずれも方向分離法で各々の方向に対する1次元の式を繰り返し解くことができ, 連続方程式の解法に精度の高いセミ・ラグランジアン法が適用可能である. AMR法適用に際しても1次元方向のみの補間を考えれば良くAMR法の実装が容易な手法となっている. <br>本論文では流束項付き保存形Allen-Cahn方程式をマルチモーメント法の解法を高精度で解くために, 木構造に基づいたAMR法により界面の時間的・空間的に追従する動的な適合格子細分化法を導入した. フェーズフィール変数が急激に変化する領域に細かい格子を動的に配置する. ベンチマーク問題としてSingle Vortex問題をレベル0から5までの格子細分化を行って計算し, 最も細かい格子解像度で均一格子を用いた場合と比較して平均で1/12.3に格子点数を削減することができ, 9.26倍に計算を高速化することができた. 界面形状も計算領域全体を均一に細かい格子で計算した場合と同じ精度が出ていることを確認した. マルチモーメント法を用いることによりコンパクトで高精度な補間関数を構築可能であるため, 界面が大変形するような問題に対しても高い精度で計算できる. 本論文の成果は, 気液界面に適合した動的な格子細分化による気液二相流計算に適用可能である.

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  • AMR法の動的領域分割へのマルチフェーズフィールド法の適用

    渡辺 勢也, 青木 尊之, 松下 真太郎, Conti Christian, 高木 知弘

    計算力学講演会講演論文集  2018年  一般社団法人 日本機械学会

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    開催年月日: 2018年

    記述言語:日本語  

    <p>In distributed implementations of stencil AMR applications, the inter-node communication time often represents a major performance bottleneck. Thus minimizing communication is an objective as important as maintaining a good load balance. We propose a new domain partitioning method for block-based AMR applications based on the multi-phase-field (MPF) model. The MPF model for polycrystalline growth minimizes the interfacial energy and forms a convex shape for each crystal grain. In our method, each phase of the MPF model represents a computational sub-domain. We show that the MPF partitioning can successfully keep the load balance and reduce the communication cost.</p>

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  • 複数GPUを用いた完全陽解法による気液二相流計算

    松下 真太郎, 青木 尊之

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science  2017年5月  日本計算工学会

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    開催年月日: 2017年5月

    記述言語:日本語  

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  • 弱圧縮性近似による気液二相流の直交格子ベース陽解法

    松下 真太郎, 青木 尊之

    計算力学講演会講演論文集  2017年  一般社団法人 日本機械学会

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    開催年月日: 2017年

    記述言語:日本語  

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  • Phase-field 法による界面捕獲手法を用いた自由界面流れと固体粒子の連成解析

    渡辺 勢也, 青木 尊之, 長谷川 雄太, 松下 真太郎

    計算力学講演会講演論文集  2017年  一般社団法人 日本機械学会

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    開催年月日: 2017年

    記述言語:日本語  

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  • 保存型IDO法を用いたPhase-Field法による界面捕獲手法の検討

    松下 真太郎, 青木 尊之, 高木 知弘, 相原 慎太郎

    計算力学講演会講演論文集  2016年  一般社団法人 日本機械学会

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    開催年月日: 2016年

    記述言語:日本語  

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  • AMR法を用いたアメンボの水面走行の数値シミュレーション

    吉泉 瑛, 青木尊之, 松下 真太郎

    第26回計算工学講演会  2025年5月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 3D X-Ray Visualization of Rayleigh-B?nard Instability in a Porous Medium 国際会議

    Sin Sotheavuth, 今井 駿, 松下 真太郎, 末包 哲也

    2025年5月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • The Implementation of Gas-liquid Two-phase Flow Simulations with Surfactant Transport Based on GPU Computing and Adaptive Mesh Refinement 国際会議

    LIAN Tongda, 松下 真太郎, 青木 尊之

    2025年1月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • High Resolution Two-phase Flow Simulations based on Weakly Compressible scheme with Interface-adapted AMR Method 国際会議

    松下 真太郎, 青木 尊之

    2025年2月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A Full-explicit Two-phase Flow Simulation Based on Weakly Compressible Assumption with Interface-Adapted AMR Method 国際会議

    松下真太郎, 青木尊之

    2025年3月 

     詳細を見る

    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A study on liquid film dynamics using two-phase flow simulation with AMR method 国際会議

    LIAN Tongda, 松下 真太郎, 青木 尊之

    2025年4月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面活性剤を含む分散流の数値シミュレーションに向けた手法の検討

    山下脩, 松下真太郎, 末包哲也

    第62回日本伝熱シンポジウム/HTSJ国際伝熱シンポジウム  2025年5月 

     詳細を見る

    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 多孔質中にトラップされるガスに与える注入条件の影響

    吉田 爽汰, 松下 真太郎, 末包 哲也

    第62回日本伝熱シンポジウム  2025年5月 

     詳細を見る

    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 弱圧縮性解法を用いた気液分離装置の大規模混相流シミュレーション

    堀内 雄介, 松下 真太郎, 末包 哲也

    第62回日本伝熱シンポジウム  2025年5月 

     詳細を見る

    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A two-phase flow simulation based on weakly compressible flow scheme coupled with conservative phase-field method 国際会議

    松下 真太郎, 青木尊之

    2025年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 複数GPUを用いた完全陽解法による気液二相流計算

    松下真太郎, 青木尊之

    第22回計算工学講演会  2025年6月 

     詳細を見る

    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A full-explicit two-phase flow simulation with interface-adapted AMR method 国際会議

    松下真太郎, 青木尊之, 黄 遠雄

    2025年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面に適合するAMR法と弱圧縮性近似に基づく完全陽解法を組み合わせた気液二相流の三次元計算

    松下真太郎, 青木尊之

    第23回計算工学講演会  2025年6月 

     詳細を見る

    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • MPF法による動的負荷分散の気液二相流AMR計算への適用と性能評価

    渡辺 勢也, 青木 尊之, 松下 真太郎, 胡 長洪, 高木 知弘

    第25回計算工学講演会  2025年6月 

     詳細を見る

    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A pore-scale investigation of dispersion in two-phase flow with varied viscosity contrast in porous media 国際会議

    LI Zijing, 末包 哲也, 松下 真太郎, ZHANG Chunwei

    2025年5月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Brine Evaporation Dynamics and Salt Precipitation in Fractured Porous Media Under CO2 Gas Injection 国際会議

    Susanto Wilson, NASIR Muhammad, WANG Bowen, Sin Sotheavuth, WANG KAILIN, PATMONOAJI A, 松下 真太郎, 末包 哲也

    HTSJ International Heat Transfer Symposium  2025年5月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • X線CTを用いた水酸化カルシウム攻法に関する基礎的検討

    杉原怜, 岡林 雅也, 長津雄一郎, 松下真太郎, 末包哲也

    第62回日本伝熱シンポジウム  2025年5月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Numerical investigation of mechanical energy transfer in porous media with different capillary numbers and viscous ratios. 国際会議

    WANGKAILIN, 松下 真太郎, 山下 脩, 末包 哲也

    2025年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • X-ray microtomography analysis of particle migration in immiscible two-phase flow systems 国際会議

    Sin Sotheavuth, NASIR Muhammad, 松下 真太郎, 末包 哲也

    2025年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • AMRを導入した運動量保存型気液二相流計算へのPLIC-HF法の実装

    内? 遥?, 青木尊之, 松下 真太郎

    第29回計算工学講演会  2025年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A Free-Swimming Simulation of Water Strider 国際会議

    青木 尊之, 吉泉 瑛, 松下 真太郎, 杉原 健太

    2025年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Numerical Simulation of Multi-phase Flow in Porous Media using a Weakly Compressible Solver 国際会議

    松下真太郎, 長田雅之, 末包哲也

    2025年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • マルチフェーズフィールド法に基づく界面活性剤の濃度輸送計算手法の検討

    山下脩, 松下真太郎, 末包哲也

    第30回計算工学講演会  2025年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A Weakly Compressible Flow Computation of Liquid Film with Interface-adapted AMR method 国際会議

    LIAN Tongda, 松下 真太郎, 青木 尊之

    2025年7月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Study of Rayleigh-B?nard Instability with Convection in a 3D Porous Medium using X-Ray Computed Tomography 国際会議

    Sin Sotheavuth, 今井 駿, 松下 真太郎, 末包 哲也

    2025年7月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A Liquid Film Simulation Using AMR-PLIC-HF method with Surfactant Transport

    LIAN Tongda, 松下 真太郎, 青木 尊之

    日本計算工学会・第28回計算工学講演会  2025年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面に適合するAMR法と弱圧縮性解法による濃度差マランゴニ効果を考慮した液膜形成シミュレーション

    松下真太郎, 青木尊之

    第25回計算工学講演会  2025年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • An AMR-based Two-phase Flow Simulation for Dynamics of Liquid Film

    LIAN Tongda, 松下 真太郎, 青木 尊之

    第27回計算工学講演会  2025年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • The Effect of Generated Gas by Chemical Oxidation on DNAPL Remediation in 3D Porous Media 国際会議

    WANG Weicen, HU Yingxue, 末包 哲也, 松下 真太郎

    2025年7月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 弱圧縮性流体解析手法に基づく完全陽解法による気液二相流のGPU 計算

    松下真太郎, 青木尊之

    混相流シンポジウム2017  2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 自由界面流れと固体粒子の連成シミュレーション

    渡辺勢也, 青木尊之, 長谷川雄太, 松下真太郎

    混相流シンポジウム2017  2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 自由界面流れと固体粒子の連成シミュレーション

    渡辺勢也, 青木尊之, 長谷川雄太, 松下真太郎

    混相流シンポジウム2017  2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面に適合するAMR 法を用いた液膜の形成と崩壊の数値シミュレーション

    松下真太郎, 青木尊之

    混相流シンポジウム 2018  2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 弱圧縮性流体計算手法による二粒子間液架橋の数値シミュレーション

    吉泉瑛, 青木尊之, 松下真太郎, 渡辺勢也, Yang Kai

    混相流シンポジウム2020  2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面に適合するAMR法を用いた気液二相流計算手法による界面活性剤の濃度差マランゴニ効果を考慮した液膜形成シミュレーション

    松下真太郎, 青木尊之

    混相流シンポジウム2020  2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 粒子間液架橋の直接計算による水分を含んだ粉体シミュレーション

    狭間貴一, 青木尊之, 吉泉瑛, 松下真太郎

    日本混相流学会 混相流シンポジウム 2022  2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Description of energy dissipation for Haines jump and meniscus reconfiguration in interacting angular capillaries 国際会議

    WANG KAILIN, 長田 雅之, 松下 真太郎, 末包 哲也

    2025年7月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Impact of Oil Viscosity on the Dispersion in an Aqueous Phase of Immiscible Two-Phase Flow in Porous Media - X-ray Tomography Study 国際会議

    LI Zijing, 松下 真太郎, 末包 哲也, ZHANG Chunwei

    2025年7月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Pore-scale observation of salt precipitation of trapped brine in porous media under CO2 injection 国際会議

    Susanto Wilson, PATMONOAJI A, Mahardika Mohammad Azis, NASIR Muhammad, 松下 真太郎, 末包 哲也

    2025年7月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面活性剤輸送を伴う気液二相流シミュレーションによる液膜ダイナミクスの研究

    LIAN Tongda, 松下 真太郎, 青木 尊之

    日本混相流学会 混相流シンポジウム2023  2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 自動車の冠水走行時の気液二相流シミュレーションによる水撥ねの液滴径統計分布解析

    内田遥己, 玉置優眞, 青木尊之, 松下真太郎

    日本混相流学会 混相流シンポジウム2023  2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Numerical investigation of two-phase flow characteristics in porous media with different capillary numbers and Reynolds number ratios. 国際会議

    WANGKAILIN, 松下 真太郎, 末包 哲也

    2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 保存型IDO 法を用いたPhase-Field 法による界面捕獲手法の検討

    松下 真太郎, 青木 尊之, 高木 知弘, 相原 慎太郎

    日本機械学会第29回計算力学講演会(CMD2016)  2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 弱圧縮性流体計算による界面活性剤の輸送を考慮した液体フォームシミュレーション

    LIAN Tongda, 松下 真太郎, 青木尊之

    日本機械学会第34回計算力学講演会  2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 気液二相流シミュレーションによる 砕波・壁衝突で発生する気泡および 液滴サイズ分布の統計量

    玉置 優眞, 青木尊之, Kai Yang, 松下真太郎, 渡辺勢也

    日本流体力学会・年会2022  2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • High-resolution multiphase flow simulation using weakly compressible scheme 国際会議

    松下 真太郎

    2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Influence of Surfactant Transport on Liquid Film Dynamics in Two-Phase Flows

    LIAN Tongda, 松下 真太郎, 青木 尊之

    日本流体力学会・年会2023  2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Multiphase Flow Simulations using the Weakly Compressible Scheme with AMR method for Foam Flooding Simulation 国際会議

    松下 真太郎, 山下 脩, 末包 哲也, 青木 尊之

    2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A Fully-explicit Two-phase Flow Simulation Based on Weakly Compressible Assumption with Interface-adapted AMR Method 国際会議

    松下 真太郎, 青木 尊之

    2025年10月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面に適合する AMR 法による液膜シミュレーション

    松下真太郎, 青木尊之

    日本機械学会 第32回計算力学講演会(CMD2019)  2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 矩形流路内に溜まった凝縮水のエア流入による排出の気液二相流シミュレーション

    青木 律也, 青木 尊之, 松下 真太郎, Kai Yang, 中島 聖, 山本 亮, 幸徳 正信, 横畑 英明

    日本流体学会 年会2020  2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 曲がり管から放出されるオイルジェットの気液二相流シミュレーション

    松下真太郎, 青木尊之, 青木律也, 開陽, 中島聖, 山本亮, 幸徳正信, 横畑英明

    日本流体力学会年会2020  2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A SIMULATION OF THIN LIQUID FILM FORMING WITH SURFACTANTS BY FULLY EXPLICIT GAS-LIQUID TWO-PHSE FLOW SOLVER WITH INTERFACE-ADAPTED AMR METHOD

    松下 真太郎, 青木 尊之

    2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 動的接触角を考慮した斜面を流れ落ちる液滴のシミュレーション

    菊田大輔, 青木尊之, 松下真太郎

    日本流体力学会第33回数値流体力学シンポジウム  2025年11月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Experimental Study with Interaction of Gravity and Viscous Forces in a Three-Dimensional Porous Medium 国際会議

    Mahardika Mohammad Azis, SHE Yun, 鴻江 智任, PATMONOAJI A, NASIR Muhammad, 松下 真太郎, 末包 哲也

    2025年11月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 弱圧縮性流体解析手法による気液二相流解析

    松下 真太郎, 青木 尊之

    第30回数値流体力学シンポジウム (CFD2016)  2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 保存形フェースフィールド方程式によるAMR 法を用いた界面移流計算の動的メモリ管理によるGPU実装

    黄遠雄, 青木尊之, 松下真太郎

    第31回 数値流体力学シンポジウム (CFD2017)  2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面に適合するAMR法を用いた気液二相流の完全陽解法計算

    松下真太郎, 青木尊之

    第31回 数値流体力学シンポジウム (CFD2017)  2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Explicit CFD solvers for free-surface flows and gas-liquid two-phase flows 国際会議

    青木 尊之, 松下 真太郎, 渡辺 勢也

    2025年10月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 弱圧縮性流体計算とAMR格子上実装されたPLIC-HF方法による液膜シミュレーション

    Lian Tongda, 松下真太郎, 青木尊之

    日本機械学会 第36回計算力学講演会(CMD2023)  2025年10月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 残留ガス気泡 形状に与えるキャピラリ―数の影響:弱圧縮性法による数値シミュレ ーション

    NASIR Muhammad, 松下 真太郎, 末包 哲也

    日本機械学会 熱工学コンファレンス  2025年10月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面に適合するAMR法と完全陽解法による高解像度気液二相流計算

    松下真太郎, 青木尊之

    第31回 計算力学講演会  2025年11月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • AMR法の動的領域分割へのマルチフェーズフィールド法の適用

    渡辺勢也, 青木尊之, 松下真太郎, Christian Conti, 高木知弘

    第31回 計算力学講演会  2025年11月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 3Dプリンターによるマイクロノズルエジェクターの評価と数値解析

    郭 少豊, 山田 哲也, 松下 真太郎, 鳥飼 龍太郎, 栁田保子

    第38回数値流体力学シンポジウム  2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • フェーズフィールド法に基づく界面活性剤の濃度輸送計算手法とその高精度化

    山下脩, 松下真太郎, 末包哲也

    第38回 数値流体力学シンポジウム  2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • AMR法を用いた液膜のマージナルピンチングのシミュレーション

    Tongda Lian, 松下 真太郎, 青木 尊之

    第38回数値流体力学シンポジウム  2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界?に適合するAMR法と完全陽解法を?いた液膜形成と崩壊のGPU計算

    松下真太郎, 青木尊之

    第32回 数値流体力学シンポジウム (CFD2018)  2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • AMR法を導入した弱圧縮性気液二相流計算の動的領域分割による複数GPU化

    松下 真太郎, 青木 尊之, 青木 律也, Yang Kai

    第34回数値流体力学シンポジウム  2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A simulation of liquid film by using fully explicit two-phase flow solver with interfaceadapted AMR method 国際会議

    松下 真太郎, 青木 尊之

    2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • AMR法を用いたアメンボの水上走行のシミュレーション

    吉泉 瑛, 青木 尊之, 松下 真太郎, 杉原 健太

    日本流体力学会第35回数値流体力学シンポジウム  2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • LIC-VOF法を用いた核沸騰の直接数値シミュレーション

    三好健斗, 長崎孝夫, 青木尊之, Yang Kai, 松下真太郎, 杉原健太

    日本流体力学会・第36回数値流体力学シンポジウム  2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面上における界面活性剤のフェーズフィールド法に基づく保存形濃度輸送モデルの開発

    山下脩, 松下真太郎, 末包哲也

    第37回数値流体力学シンポジウム  2025年12月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 移動境界を含んだ気液二相流シミュレーション

    青木律也, 青木尊之, 松下 真太郎, Kai Yang

    第26回計算工学講演会  2025年5月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Phase-field 法による界面捕獲手法を用いた自由界面流 れと固体粒子の連成解析

    渡辺勢也, 青木尊之, 長谷川雄太, 松下真太郎

    第30回 計算力学講演会  2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 弱圧縮性近似による気液二相流の直交格子ベース陽解法

    松下真太郎, 青木尊之

    第30回 計算力学講演会  2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A TWO-PHASE FLOW SIMULATION BASED ON WEAKLY COMPRESSIBLE ASSUMPTION WITH INTERFACE-ADAPTED AMR METHOD 国際会議

    松下真太郎, 青木尊之

    2025年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 弱圧縮性手法を用いた多孔質体内混相流の大規模計算

    長田雅之, 松下真太郎, 末包哲也

    混相流シンポジウム202  2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • ギアの回転によるオイル攪拌の数値シミュレーション

    篠﨑響, 青木尊之, 松下真太郎

    日本混相流学会 混相流シンポジウム 2022  2025年8月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • アメンボの水面走行の気液二相流シミュレーション

    吉泉瑛, 青木尊之, 松下真太郎, 杉原健太

    日本混相流学会 混相流シンポジウム 2022  2025年8月 

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  • ジェッティングによる塗装面への着弾挙動の流体シミュレーション

    瀬戸口春人, 末包哲也, 松下真太郎, 原田祥宏

    混相流シンポジウム 2024  2024年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A NUMERICAL SIMULATION OF TWO-PHASE OIL-JET INJECTED FROM A CIRCULAER BENT NOZZLE WITH INTERFACE-ADAPTED AMR METHOD 国際会議

    松下真太郎, 青木尊之, 青木 律也, Yang Kai

    14th World Congress in Computational Mechanics(WCCM)  2025年1月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A Two-Phase Flow Simulation Using a Full-Explicit Scheme with Interface-Adapted AMR Method 国際会議

    松下 真太郎, 青木尊之, 黄 遠雄

    2025年5月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面に適合するAMR法と等温過程に基づく弱圧縮性解法による高解像度気液二相流計算

    松下真太郎, 青木尊之

    第24回計算工学講演会  2025年5月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 界面に適合するAMR法を用いた弱圧縮性解法の複数GPUによるオイルジェット計算

    松下真太郎, 青木尊之

    第26回計算工学講演会  2025年5月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • A Domain Decomposition Method based on a Multi-phase-field Model to Reduce Inter-node Communication 国際会議

    渡辺 勢也, 青木 尊之, 胡 長洪, 松下 真太郎, 高木 知弘

    2025年5月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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産業財産権

  • 可搬性を有する小型燃料電池

    山田 哲也, 鳥飼 龍太郎, 柳田 保子, 松下 真太郎, 竹田 大樹

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    出願人:国立大学法人東京工業大学, 石川県

    出願番号:特願2023-161686  出願日:2023年9月

    公開番号:特開2024-048383  公開日:2024年4月

    J-GLOBAL

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受賞

  • 第29回計算工学講演会 グラフィクスアワード・Meshman生成AI賞

    2024年6月   日本計算工学会  

    内田遥己,青木尊之,松下真太郎

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  • 第29回計算工学講演会 グラフィクスアワード・優秀賞

    2024年6月   日本計算工学会  

    内田遥己,青木尊之,松下真太郎

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  • 第37回数値流体力学シンポジウム 若手優秀講演表彰

    2024年1月   流体力学会   界面上における界面活性剤のフェーズフィールド法に基づく保存形濃度輸送モデルの開発

    山下脩, 松下真太郎, 末包哲也

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  • 混相流シンポジウム2022 ベストプレゼンテーションアワード

    2022年8月   混相流学会   弱圧縮性手法を用いた多孔質体内混相流の大規模計算

    長田雅之, 松下真太郎, 末包哲也

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  • 第26回計算工学講演会 グラフィクスアワード・特別賞

    2021年5月   計算工学会  

    吉泉瑛,青木尊之,松下真太郎

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  • 第26回計算工学講演会 グラフィクスアワード・動画賞

    2021年5月   日本計算工学会  

    吉泉瑛,青木尊之,松下真太郎

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  • グラフィックスアワード特別賞

    2019年6月   計算工学会・第24回計算工学講演会   界面に適合するAMR法と弱圧縮性解法による高解像度気液二相流計算

    松下真太郎, 青木尊之

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  • 論文賞

    2019年6月   日本計算工学会   木構造に基づいたAMR法を用いた流束項付き保存形フェーズフィールド方程式のマルチモーメント法による解法

    松下真太郎, 青木尊之

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  • べストペーパーアワード

    2018年6月   日本計算工学会・第23回計算工学講演会   界面に適合するAMR法と弱圧縮性近似に基づく完全陽解法を組み合わせた気液二相流の三次元計算

    松下真太郎, 青木尊之

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  • グラフィックスアワード特別賞

    2017年6月   日本計算工学会・第22回計算工学講演会   複数GPUを用いた完全陽解法による気液二相流計算

    松下真太郎, 青木尊之

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  • 最優秀論文賞

    2017年2月   東京工業大学 創造エネルギー専攻修士論文発表会   弱圧縮性流体解析手法による気液二相流解析

    松下真太郎

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  • ベストCFDグラフィックスアワード動画部門第2位

    2016年12月   日本流体力学会・第30回数値流体力学シンポジウム   弱圧縮性流体解析手法による気液二相流解析

    松下真太郎, 青木尊之

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 数値粘性を含まない革新的弱圧縮性混相流ソルバーの開発

    研究課題/領域番号:25K07582  2025年4月 - 2030年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    松下 真太郎

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    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

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  • マイクロ流体に基づく断熱・小型リアクターの開発と平板状SOFC搭載による高効率化

    研究課題/領域番号:23H02056  2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    山田 哲也, 松下 真太郎, 田島 真吾

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    配分額:18980000円 ( 直接経費:14600000円 、 間接経費:4380000円 )

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  • マイクロ流体に基づく断熱・小型リアクターの開発と平板状SOFC搭載による高効率化

    研究課題/領域番号:23K26749  2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    山田 哲也, 松下 真太郎, 田島 真吾

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    配分額:18980000円 ( 直接経費:14600000円 、 間接経費:4380000円 )

    本研究課題の目的は、高断熱・耐熱構造(片持ち梁構造)を持つマイクロリアクターを作り、その内部にマイクロ流路と平板状セル設置部位、改質機構(NiO触媒)、電力制御機構、燃料供給機構を集積した、可搬性を有する固体酸化物形燃料電池を作ることである。
    本年度は、上記すべての機構を集積したマイクロリアクターの設計に取り組み、そのシミュレーションを行った。また、エタノールを使った燃料供給機構や改質触媒性能などの機能別の性能を評価した。マイクロリアクターにはYSZをレーザー加工することで燃料や電極が通るための流路を作った。マイクロリアクターは燃料電池を動かすために高い耐熱性を有することが必要になるが、熱応力を緩和させる構造を作ることで700℃程度の温度域でも耐えられる高い耐熱構造を作ることができた。
    毛細管力を使った燃料供給機構では1-10 W(量論比換算)を発電するためのエタノール燃料を供給できることがわかった。ニッケル触媒を使ったエタノールの改質反応評価では、マイクロリアクター内部で水素や一酸化炭素、二酸化炭素に変換できることを確認した。しかし、マイクロ流路内で流体を流した場合には音速に近い流速に達成する場所があり、圧力により触媒が破壊されるという課題が見つかった。この改質触媒の課題に対し焼結条件を最適化する必要がある。
    マイクロリアクターにセルを搭載し発電特性を評価したところ、水素ガスを流すことで起電力が1.03 Vと十分な起電力が確認された。しかし、アノードまたはカソード部分での接触抵抗が高く十分な性能が得られていない。今後は電極の前処理や集電体の最適化により発電効率を向上させる予定である。

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  • 二酸化炭素地下貯留技術の早期実用化促進研究

    研究課題/領域番号:22H03770  2022年4月 - 2027年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    末包 哲也, 松下 真太郎

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    配分額:17030000円 ( 直接経費:13100000円 、 間接経費:3930000円 )

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  • 二酸化炭素地下貯留技術の早期実用化促進研究

    研究課題/領域番号:23K25024  2022年4月 - 2027年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    末包 哲也, 松下 真太郎

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    配分額:17030000円 ( 直接経費:13100000円 、 間接経費:3930000円 )

    二酸化炭素地下貯留(CCS)の主要なトラップメカニズムの解明が本研究の目的である.トラップメカニズムとして,物理トラップ,界面張力トラップ,溶解トラップ,鉱物化トラップが考えられているが,現象の理解は依然として定性的であり,これらのトラップメカニズムが発現する過程およびメカニズムの移行プロセスはほとんど理解されていない.本年度は,CO2と水のような非混和性二相流に発現する様々な流動モードの遷移について,空隙スケールにおける直接数値シミュレーションを行うことにより,エネルギー散逸の観点からモード遷移の物理的なメカニズムの解明を行った.キャピラリーフィンガリング域では,注入仕事は界面張力のエネルギーに変換され,ハイネスジャンプなどの空隙スケールの過渡現象により,粘性散逸される.ヴィスカスフィンガリング域では,注入仕事は流体の運動エネルギーに変換され,粘性散逸される.これらのトレードオフにより不安定モードの遷移が起こることが明らかになった.また,CO2注入時に発生する多孔質体の乾燥とそれに伴う塩分析出の影響について実験的研究を行った.ガス流量が小さいとき,多孔質内部では比較的一様な蒸発が起こり,拡散の影響も無視できないため,塩分蓄積は発生しない.流速が大きくなると,上流部の乾燥が早くなり,塩分析出によりキャピラリーバックフローが発生して塩分が顕著に堆積する.さらに流速が大きくなると,十分にキャピラリーバックフローが発生する前に乾燥が進み,塩分蓄積が低下する.定性的な塩分蓄積の挙動が明らかになった一方で,キャピラリーバックフローの強度に与える多孔質形状の影響などを今後検討する必要がある.多孔質内自然対流の開始時間に与える界面厚さの影響について実験装置の開発を行った.予備的な検討がおおよそ終了し,次年度から本格的な実験に着手する.

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  • 多孔質内フォーム流動の大規模混相流シミュレーション技術の開発

    研究課題/領域番号:22K14178  2022年4月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究

    松下 真太郎

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    配分額:4550000円 ( 直接経費:3500000円 、 間接経費:1050000円 )

    2023年度は,(1) 吸着・脱離を考慮した界面活性剤の濃度輸送の新しいモデルの構築および検証,(2) 界面をシャープに捉えるPLIC法に基づく運動量保存形混相流ソルバーの開発およびHeight functionによる多孔体実形状中における疑似速度低減効果の検証,を主として実施した. (1)については,濃度保存性を担保することで精度を向上させる目的で濃度輸送方程式に有限体積法を導入する際に生じる数値粘性の問題を解決する全く新しいモデルを構築した.急峻なデルタ関数のプロファイルを有する界面上の濃度輸送方程式は,現実的な10のマイナス10乗などの小さい拡散係数では数値粘性が卓越することによって,濃度輸送計算の精度が著しく低下する.そこで,界面の法線方向に対して平衡状態がデルタ関数形となるように数式を構築することで,既往のモデルでは不可能であった小さい拡散係数での界面上濃度輸送方程式が精度良く解けるようにした.提案手法はJournal of Computational Physicsに提出し,現在査読中である.
    (2)については,よりシャープな界面表現が可能であるPLIC法を採用した運動量保存形スキームを多孔体計算に適用し,疑似速度を低減させる効果を確認した.多孔体内の流動において疑似速度が発生すると,表面張力が支配的となる流動条件でエネルギー遷移解析や物質輸送計算の精度が悪化し,多孔体特性を正しく得ることが困難となる.PLIC法によるシャープな界面表現とHeight functionによる幾何計算精度向上によって多孔体内混相流現象の定量的な議論が前進したと言える,

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  • 界面活性剤の吸着・脱離・粘弾性を考慮した液膜形成・崩壊のAMR法による数値解析

    研究課題/領域番号:20K22388  2020年9月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  研究活動スタート支援

    松下 真太郎

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    配分額:2860000円 ( 直接経費:2200000円 、 間接経費:660000円 )

    2021年度は,(1)運動量保存性を担保した気液二相流計算手法のAMRコードの整備,(2)PLIC法およびHeight function導入による界面で生じる非物理的速度であるspurious currentを抑制した表面張力評価の導入,を行った.当初の予定では濃度パラメータを関連させた界面活性剤輸送モデルの導入を計画していたが,適切なカップリングモデルの実装に難航しており,粘弾性パラメータと比較して表面張力が液膜安定性に与える影響が大きいことが施行計算で明らかとなり,spurious currentを抑制しなければ液膜の高精度計算が困難であると判断し,手法の改善を試みた.
    (1)については,AMR法および動的領域分割を導入した複数GPU計算が可能な弱圧縮性気液二相流計算コードに対し,問題に対応したテキストベースの入力ファイルを用意することで,複雑形状・境界条件・各種パラメータ等の様々なケースに対応させた.これにより将来的なコード開発のコストを大幅に軽減できる.動的領域分割を導入したAMR法による弱圧縮性気液二相流計算手法に関しては,Journal of Computational Physicsにて出版済みであり,東工大スパコンTSUBAME上で128GPUを用いた計算で81%の弱スケーリングを達成している.
    (2)については,よりシャープな界面表現が可能であるPLIC法を採用することで薄膜をより少ない格子で解像することが期待される.表面張力評価にHeight functionを組み合わせることで,従来手法と比較すると静止液滴問題にてspurious current が1/10程度まで軽減できることが確かめられており,非物理的な液膜崩壊を防ぐことが期待できる.

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  • 自由界面を含む混相流の革新的数値流体シミュレーション

    研究課題/領域番号:19H05613  2019年6月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(S)

    青木 尊之, 森口 周二, 橋本 博公, 白崎 実, 肖 鋒, 高木 知弘, 渡辺 勢也, 松下 真太郎

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    配分額:194610000円 ( 直接経費:149700000円 、 間接経費:44910000円 )

    本研究は、① 多量の瓦礫や流木を含んだ流れの斜面災害のシミュレーション、② 液膜のダイナミクスおよび泡沫の生成・崩壊のシミュレーション、③ 粒子間の液架橋を直接計算するスラリーの固気液分散系シミュレーションから構成される。
    ① 八戸工大の循環水路での実験に対する検証計算では、模擬流木が捕捉され流路が狭くなり、滝のように流れる様子が再現でき、さらに1本の模擬流木が滝つぼに捕捉されるところまで実験とシミュレーションが一致する結果を得た。岩手県岩泉町乙茂地区の2016年風10号による洪水氾濫に対し、920m×280mの範囲の実地形を元に最細20cm格子を用いる大規模シミュレーションを実施した。1000本と2000本の流木を氾濫領域に流入させ、その捕捉や流れへの影響評価を開始した。
    ② 液膜のダイナミクスを解析するための詳細なシミュレーションにおいて、流体力学的には時間とともに液膜内部の流量が減少することにより薄膜化し液膜が表面張力により破断するはずであるが、数値計算が原因のSpurious Current の影響が大きく、これを大幅に低減する計算手法の導入が必要であることが分かった。マルチ・フェーズフィールド法による泡沫形成のシミュレーションでは、攪拌などにより分裂した気泡の数値計算が原因の再合一を阻止する計算手法の開発を進めた。また、熱輸送を考慮する気液二相流シミュレーションに着手した。
    ③ 水分を含んだ粉体の流動特性を解析するため、粒子間の液架橋を気液二相流として直接計算するシミュレーションを進めた。容器内の下方に水分を含んだ125個の粒子がパッキングして配置し、加振を模擬した加速度を周期的に与える計算を行った。時間とともに液架橋の範囲が広がることを確認した。また、液架橋が形成されている粒子間において、粒子間距離が近づいた時に作用する潤滑力を検討した。

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