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みずほ情報総研技報 Vol.10 No.1

目次

巻頭言

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巻頭言
サイエンスソリューション部長 池田基久
(PDF/177KB)

特集:最先端技術への挑戦

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01.量子コンピュータを用いた高速数値積分
宇野隼平 (概要
(PDF/487KB)

特集:ものづくりを支える

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02. P-Stackによる固体高分子形燃料電池の非定常フルスタックスケールシミュレーション
高山務 (概要
(PDF/1,675KB)
03. 電池開発現場での活用を目指した二次電池シミュレーション技術開発(2)
茂木春樹、仮屋夏樹、高山務、米田雅一 (概要
(PDF/1,965KB)
04. 二輪車マフラー騒音の1次元シミュレーションシステムの構築
今野彰、山出吉伸、宝渦寛之、山崎徹 (概要
(PDF/704KB)
05. バイオミメティクスにおけるシミュレーション活用事例
篠崎明、瀧見知久 (概要
(PDF/1,481KB)
06. OpenFOAMを用いた鋳造シミュレーションの解析事例紹介
高橋昌伸 (概要
(PDF/549KB)

特集:持続可能な社会に向けて

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07. 再エネ大量導入時代のエネルギーシステム構築におけるシミュレーションの役割
―意義ある導入に向けた定量評価の必要性―

仮屋夏樹 (概要
(PDF/726KB)
08. 確率論的破壊力学解析:白か黒か灰色か?
眞崎浩一 (概要
(PDF/663KB)
09. COMSOL Multiphysicsによる放射性廃棄物処分を対象とした熱-水連成解析
小坂部和也、篠崎明、宮本裕平、宇野隼平 (概要
(PDF/808KB)
10. 分離変換技術の基礎と技術動向
北村修、溝内秀男 (概要
(PDF/411KB)
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概要

01. 量子コンピュータを用いた高速数値積分
近年,高速計算が可能な次世代のコンピュータの候補として,量子コンピュータに大きな注目が集まっている.本稿では,量子コンピュータの今後の重要な応用先のひとつとして期待される,数値積分を実行する量子アルゴリズムについて紹介する.量子コンピュータを使用することで,これまでの代表的な数値積分手法(モンテカルロ積分)に較べて,ほぼ2乗の高速化が期待される.本稿では,近年の著者らの研究を含めて,3種類の量子積分アルゴリズムを紹介する。

02. P-Stackによる固体高分子形燃料電池の非定常フルスタックスケールシミュレーション
固体高分子形燃料電池シミュレータ P-Stackを使用し、水素極(アノード)側のインジェクタ、循環系、および冷却系の循環を考慮して、固体高分子形燃料電池セルおよびスタックの非定常挙動の解析を行った.インジェクタ、循環系、および排出口は境界条件としてモデル化した.スタックの制御条件としては、アノード側の圧力幅や循環ポンプ流量、カソード側の背圧、冷却系の循環系ポンプ流量や冷却効率を考慮し、非定常な負荷変動に追随して変動する各種の制御条件を仮定したときのセルおよびスタックの挙動と内部状態を解析した.解析の結果、制御条件の差異による局所的な水素欠乏の可能性や、スタックされたセル間の振る舞いの差異を議論することができた.こうした解析は、燃料電池の非定常制御下の状態を把握するうえで重要な情報となる可能性がある。

03. 電池開発現場での活用を目指した二次電池シミュレーション技術開発(2)
当社では、電池シミュレーション技術が電池の開発現場にとって真に「使える」ツールとなるよう、大学をはじめとした外部の機関に協力を仰ぎながら技術開発を進めている.本稿では、リチウムイオン二次電池を対象として、シミュレーション活用にかかるコストと結果の確からしさを両立させるために、当社で確立した電池モデルのパラメータ決定方法、および実測とシミュレーションの検証結果について述べる.あわせて、電池開発や電池システム開発への活用方法についても例示する。

04. 二輪車マフラー騒音の1次元シミュレーションシステムの構築
二輪車を初めとする自動車の主な騒音源に、マフラーからの騒音がある.このマフラー騒音を流体解析シミュレーションに基づき予測することは、実測によるコストの削減と騒音対策の観点で重要である.そこで当社では、マフラーの内部構造を1次元モデル化することで、マフラー騒音を簡易的かつ精度良く予測するシミュレーションシステムを構築した.本報ではその方法と、実測値との比較結果を示す。

05. バイオミメティクスにおけるシミュレーション活用事例
近年、生物の優れた機能を模倣して画期的な工業製品を開発するバイオミメティクスの手法が注目されている.生物を模倣するうえで原理を的確に把握することが重要であり、シミュレーションを活用した検討は有効と考えられる.バイオミメティクスにおけるシミュレーション活用促進の一助とするべく、モルフォ蝶の翅の青色の発色、蓮の葉の撥水性、といった生物の持つ機能に関してシミュレーションを実施した.本報ではこれらのシミュレーションの事例を紹介する。

06. OpenFOAM®を用いた鋳造シミュレーションの解析事例紹介
鋳造は古代から行われている金属加工技術であり、現代においても機械工業の分野で重要な技術となっている.鋳造の過程で溶融した金属を金型に流し込む際には、金属の溶融や凝固および充填時の残留空気と発生ガスの巻き込み等の複雑な現象を伴う.本稿では、鋳造の過程で溶融金属を充填する際の金型内部における溶融金属の流動(湯流れ)と残留空気の巻き込み挙動の再現を目的とした流体シミュレーションを、オープンソースCFDソフトウェアのOpenFOAM®を用いて解析した事例を紹介する。

07.再エネ大量導入時代のエネルギーシステム構築におけるシミュレーションの役割
―意義ある導入に向けた定量評価の必要性―

本稿では、近年転換期を迎えているエネルギー分野において、再エネの大量導入とそれによるエネルギーシステムの転換、という観点から今何が起こりつつあるのか、今後どのような課題が顕在しうるのかについて概観を行う.また、それらの課題に対して定量評価のツールとしてシミュレーションがどのように貢献しうるのか、について述べ、当部の取り組みについて紹介する。

08.確率論的破壊力学解析:白か黒か灰色か?
確率論的破壊力学を用いると、種々のパラメータの不確実性を考慮し、評価対象の破損頻度を定量的に評価することができる.各パラメータの破損頻度に与える影響を定量的に比較することができれば、構造物の健全性を維持するために特に重視すべき項目を判断する一助となるだろう.現行の国内原子炉圧力容器の健全性評価は、決定論的な破壊力学を用いた評価であるが、国外の事例を踏まえて、確率論的破壊力学を適用するための検討が各機関で進められてきた.本報告では、この確率論的破壊力学の考え方やメリット、その課題等について紹介する。

09. COMSOL Multiphysicsによる放射性廃棄物処分を対象とした熱-水連成解析
原子力発電により発生する放射性廃棄物の処分は、様々な技術開発が行われている段階にある.放射性廃棄物に起因する化学反応や熱の発生、地下水の流動や構造物の変形等、複数の物理現象を考慮する必要があり、加えて、数万年という長期に渡って放射性物質を閉じ込めた場合の挙動を類推する上で、コンピュータシミュレーションの活用は有効である.本稿では、放射性廃棄物の地層処分を念頭に置いたCOMSOL Multiphysics®を用いた熱-水連成解析事例を紹介する。

10. 分離変換技術の基礎と技術動向
原子力発電に伴う“核のゴミ”として地層処分の対象となる高レベル放射性廃棄物の減容化と有害度の低減の実現に向けて、分離変換技術には長寿命核種を短寿命核種または安定核種に核変換するための重要な役割が期待されている.本報では、分離変換技術の基礎と技術動向について紹介するとともに、当部が主力の業務の一つとして取り組んでいる数値シミュレーション技術の果たす役割についても述べる。

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