Kobayashi, Hiromichi

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Affiliation

Faculty of Law （Hiyoshi）

Position

Professor

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Message from the Faculty Member 【 Display / hide 】

  • 「物理学」のシラバス： 　皆さんは身の回りで起こっている現象の裏に潜む物理法則に興味はないでしょうか？例えば、昼間の空は青いが、夕暮れには空が赤くなるなるのはなぜでしょう。これは、光の散乱に関する法則から説明されます。飛行機が飛ぶのはなぜか。これは、カーブボールが曲がるのと同じ物理法則で説明できる。電子レンジを使うと冷めた料理が温められるのはなぜか。これは、テレビやラジオさらには携帯電話などで使われている電磁波が関係している。 　このように講義では、身の回りの物理現象を取り上げ、その現象はどのような物理法則に支配されているかを明らかにしていく。自然現象に潜む物理法則を見つけ出し、その法則を科学技術に応用してきた偉大な科学者たちの功績を理解し、身の回りの現象に「なぜ」と疑問を持って、そこにはどのような法則が働いているのかという物理的な考え方を講義および実験から学んでいただきたい。 　本授業では、講義と実験を隔週で行い、それぞれ出席点とレポートにより評価をする。実験は、物理学教室編集のテキストに従って、毎回異なるテーマについて行う。実験定員は６０名。

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Profile Summary 【 Display / hide 】

  • Studies on turbulence, plasma flows and combustion such as Large Eddy Simulation, MHD(Magnetohydrodynamics) Power Generation and High-temperature Air Combustion by using numerical simulations

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Career 【 Display / hide 】

  • 1998.04
    -
    1999.03

    Researcher, Japan Science and Technology Corporation

  • 1999.04
    -
    2003.03

    Assistant Professor, Keio University

  • 2003.04
    -
    2009.03

    Associate Professor, Keio Univeristy

  • 2005.03
    -
    2007.03

    Senior Visiting Fellow at Center for Turbulence Research, Stanford University

  • 2009.04
    -
    Present

    Professor, Keio University

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Academic Background 【 Display / hide 】

  • 1994.03

    Tokyo Institute of Technology, Department of Applied Physics

    University, Graduated

  • 1996.03

    Tokyo Institute of Technology, Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering, Department of Energy Sciences

    Graduate School, Completed, Master's course

  • 1998.03

    Tokyo Institute of Technology, Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering, Department of Energy Sciences

    Graduate School, Completed, Doctoral course

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Academic Degrees 【 Display / hide 】

  • Doctor of Engineering, Tokyo Institute of Technology, Coursework, 1998.03

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Research Areas 【 Display / hide 】

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Fluid engineering (Fluid Engineering)

  • Natural Science / Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics (Mathematical Physics)

  • Energy Engineering / Fundamental plasma (Plasma Science and Technology)

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Research Themes 【 Display / hide 】

  • The Performances of Various Models in Large Eddy Simulation, 

    1999
    -
    2010

  • Magnetohydrodynamics (MHD) Power Generation Using Frozen Inert-gas Plasma (FIP), 

    1998
    -
    2010

  • Study on High-Temperature Air Combustion, 

    1998
    -
    2010

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Books 【 Display / hide 】

  • 環境負荷の低減を目指したMHD発電技術と応用

    KOBAYASHI HIROMICHI, 電気学会, 2020.05

    Scope: 33-36

  • 法学・経済学・自然科学から考える環境問題

    Junichi Aoki, Toyoko Akiyama, Tetsu Ohira, Nobuhiro Kanaya, Hiromichi Kobayashi, Norihiko Sugimoto, Akira Rokusha, 慶應義塾大学出版会, 2017.08

  • 高効率MHD発電とその応用

    KOBAYASHI HIROMICHI, 電気学会, 2017.05

    Scope: 18-22

  • 流体力学の基礎

    Toshio Miyauchi, Uzuru Tanahashi Hiromichi Kobayashi, 数理工学社, 2014.11

  • MHD技術応用

    KOBAYASHI HIROMICHI, 電気学会, 2013.04

    Scope: 24-26

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Papers 【 Display / hide 】

  • Universal Anomalous Diffusion of Quantized Vortices in Ultraquantum Turbulence

    Satoshi Yui, Yuan Tang, Wei Guo, Hiromichi Kobayashi, Makoto Tsubota

    Physical Review Letters （American Physical Society)  129   025301  2022.07

    Research paper (scientific journal), Accepted

  • Transport and modeling of subgrid-scale turbulent kinetic energy in channel flows

    Kazuhiro Inagaki, Hiromichi Kobayashi

    AIP Advances （AIP Advances)  12 （ 4 ） 045222 2022.04

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted

    　View Summary

    To develop a more convenient subgrid-scale (SGS) model that performs well even in coarse grid cases, we investigate the transport and modeling of SGS turbulent kinetic energy (hereafter SGS energy) in turbulent channel flows based on the stabilized mixed model (SMM). In this paper, we try to increase the convenience of the SMM by replacing the modeled transport equation for the SGS energy with an algebraic model. The SMM quantitatively adequately predicts the total turbulent kinetic energy of the direct numerical simulation (DNS) even in coarse grid cases. For both the filtered DNS (fDNS) and large-eddy simulation (LES), the statistically averaged production term balances with the dissipation in the region away from the wall in the SGS energy transport equation. In contrast, we reveal that the correlation coefficient between the production and dissipation terms is high for the modeled transport equation in LES, whereas that for the fDNS is low. Based on the high correlation or local equilibrium between the production and dissipation observed in the LES, we demonstrate the reduction of the SMM into a zero-equation SMM (ZE-SMM). We construct a new damping function based on the grid-scale Kolmogorov length to reproduce the near-wall behavior of the algebraic model for the SGS energy. The ZE-SMM provides quantitatively the same performance as the original SMM that employs the SGS energy transport model. This result suggests that the local equilibrium model for the SGS energy provides the equivalent performance as the transport model in wall-bounded turbulent flows even in coarse grid cases.

  • Tree Cutting Approach for Domain Partitioning on Forest-of-Octrees-based Block-structured Static Adaptive Mesh Refinement with Lattice Boltzmann Method

    Yuta Hasegawa, Takayuki Aoki, Hiromichi Kobayashi, Yasuhiro Idomura, Naoyuki Onodera

    Parallel Computing （Parallel Computing)  108   102851 2021.12

    Research paper (scientific journal), Accepted,  ISSN  01678191

    　View Summary

    The aerodynamics simulation code based on the lattice Boltzmann method (LBM) using forest-of-octrees-based block-structured adaptive mesh refinement (AMR) with temporary-fixed refinement was implemented, and its performance was evaluated on GPU-based supercomputers. Although the Space-Filling-Curve-based (SFC) domain partitioning algorithm for the octree-based AMR has been widely used on conventional CPU-based supercomputers, accelerated computation on GPU-based supercomputers revealed a bottleneck due to costly halo data communication. Our new tree cutting approach adopts a hybrid domain partitioning with the coarse structured block decomposition and the SFC partitioning in each block. This hybrid approach improved the locality and the topology of the partitioned sub-domains and reduced the amount of the halo communication to one-third of the original SFC approach. In the strong scaling test, the code achieved maximum ×1.82 speedup at the performance of 2207 MLUPS (mega-lattice update per second) on 128 GPUs (NVIDIA® Tesla® V100). In the weak scaling test, the code achieved 9620 MLUPS at 128 GPUs with 4.473 billion grid points, while keeping the parallel efficiency of 93.4% from 8 to 128 GPUs.

  • Theoretical Analysis on Power Generation Characteristics for Co-axial MHD Energy Conversion Device

    Sasaki R., Fujino T., Takana H., Kobayashi H.

    IEEJ Transactions on Power and Energy （IEEJ)  141 （ 10 ） 642 - 648 2021.10

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted

  • Aerodynamic Study on Rotating Baseball with Low Spin Rates (Drop Mechanism of “Forkball” or “Splitter”)

    Ryoga Ohashi, Takayuki Aoki, Seiya Watanabe, Hiromichi Kobayashi

    日本流体力学会誌ながれ （日本流体力学会)  40 （ 5 ） 343 - 355 2021.10

    Research paper (scientific journal), Joint Work, Accepted

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Papers, etc., Registered in KOARA 【 Display / hide 】

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Reviews, Commentaries, etc. 【 Display / hide 】

  • 乱流モデルの学び方

    小林宏充

    日本流体力学会誌ながれ 40 ( 3 ) 236 - 236 2021.06

    Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal), Single Work

  • 超流動ヘリウムのゆらぎをランダウの2流体モデルで描像する-量子流体力学の最新理論

    小林宏充、湯井悟志、坪田誠

    academist Journal  2020

    Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media), Joint Work

  • 量子乱流状態における超流動の2流体模型ー量子渦と熱励起成分の相互作用が引き起こす奇妙な現象

    湯井悟志、小林宏充、坪田誠

    日本物理学会誌 76 ( 1 ) 28 - 33 2020

    Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal), Joint Work

  • サブグリッドスケール乱流モデルにおける生成散逸非平衡効果の検討

    稲垣和寛，小林宏充

    日本流体力学会誌ながれ，[特集] 注目研究 in 年会2019 38 ( 6 ) 403 - 406 2019.12

    Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal), Joint Work

  • 細分化格子LBMの複数GPU計算に基づく自転車の集団走行の空力計算

    長谷川雄太，青木尊之，小林宏充，白﨑啓太

    日本流体力学会誌ながれ ，[特集] 注目研究 in CFD32 38 ( 2 ) 97 - 100 2019.02

    Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal), Joint Work

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Presentations 【 Display / hide 】

  • Large Eddy Simulation of Liquid Metal Flow in Co-axial MHD Energy Conversion Device

    Ryo Sasaki, Takayasu Fujino, Hidemasa Takana, Hiromichi Kobayashi

    Eighteenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2020) (Zoom) , 

    2021.10
    , 

    Oral presentation (general)

  • Study on MHD phenomena in Co-axial Energy Conversion Device

    Hiromichi Kobayashi, Hidemasa Takana, Ryo Sasaki, Takayasu Fujino

    Eighteenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2020) (Zoom) , 

    2021.10
    , 

    Oral presentation (general)

  • チャネル乱流におけるSGS乱流エネルギーのモデリングに関する検討

    稲垣和寛、小林宏充

    流体力学会年会2021 (zoom) , 

    2021.09
    , 

    Oral presentation (general), 日本流体力学会

  • 超流動4Heの量子乱流における量子渦の超拡散の数値的研究

    湯井悟志、小林宏充、坪田誠、Wei Guo

    日本物理学会 2021年秋季大会 (名古屋) , 

    2021.09
    , 

    Oral presentation (general), 日本物理学会

  • 層流条件下での同軸二重円筒型MHDエネルギー変換装置の発電特性に関する数値解析

    佐々木亮、坂本裕基、藤野貴康、高奈秀匡、小林宏充

    電気学会 新エネルギー・環境研究会 (Zoom) , 

    2021.09
    , 

    Oral presentation (general), 電気学会

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Research Projects of Competitive Funds, etc. 【 Display / hide 】

  • Functional improvement of mixing promotion in fluid equipment by elucidating the universal statistical law of two-phase turbulence

    2022.04
    -
    2026.03

    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hiromichi Kobayashi, Rio Yokota, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Research grant, Principal investigator

    　View Summary

    超流動ヘリウム冷却機器や分散相である微粒子・噴霧を含む流体機器の性能向上には、分散相による流体の乱流化や分散相自体も乱流となる2相乱流現象のより厳密な解明が不可欠である。最近の超流動ヘリウムダクト流実験では、分散相に相当する粘性ゼロの量子渦と粘性をもつ常流体の2相流乱流強度が通常の20倍になるなど、工学的応用価値を秘めた全く新たな知見が報告されているが、それらの物理現象は未解明である。本研究では、超流体・常流体間の相互摩擦力を介して2相を結合する独自手法により、2相乱流のエネルギー輸送など普遍統計法則を明確にし、2相乱流を有する流体機器の革新的な混合促進機能の向上に資するものとする。

  • 低環境負荷シードフリー高効率ＭＨＤ発電の高性能化実証研究

    2020.04
    -
    2025.03

    Tokyo Institute of Technology, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Coinvestigator(s)

    　View Summary

    多様な熱源に適応する高効率クローズドサイクルＭＨＤ（電磁流体力学）発電の実用化研究において，研究代表者は，「シード」（作動気体への金属蒸気の微量添加）のフリー化というブレークスルーを世界で初めて展開するに至っている。本研究は，低環境負荷シードフリー高効率ＭＨＤ発電の実用化を見据えた高性能化実証を一気に進め，その開発ロードマップを確固たるものにすることを目的とし，既存技術にはないＭＨＤ発電の特徴を生かしたエネルギーシステムの構築を通して社会貢献に資するものとする。

  • Study on cloud turbulent mixing and cloud microphysical processes by large scale numerical simulation

    2020.04
    -
    2025.03

    Nagoya Institute of Technology, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Coinvestigator(s)

    　View Summary

    雲中の乱流による乾燥・湿潤空気及び熱の混合と揺らぎの統計法則，エアロゾル輸送と雲粒子の生成・成長から雨粒子形成，雲粒子による乱流変調など雲マイクロ物理過程の全貌をサブμmから数mm，数mmから数mにわたる大規模シミュレーションを駆使して統一的な視点から解明する.

  • 量子乱流と常流体乱流の結合計算による2流体乱流の特性解明

    2018.04
    -
    2021.03

    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hiromichi Kobayashi, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Research grant, Principal investigator

    　View Summary

    極低温の液体ヘリウムは、粘性ゼロの超流体と粘性を持つ常流体が混合した2流体状態にある。その液体ヘリウムで満たされた矩形ダクトの一方をヒーターで熱すると常流体は低温側に、超流体は高温側に移動する。流速が増加すると、超流体中の量子渦が毛玉のようになる量子乱流となり、常流体と相互作用して超流体が流れにくくなる。2015年に米国で行われた実験で、量子渦に次いで、常流体の速度分布の可視化が可能になった。その結果、流速が増加するにつれて常流体は放物形から平坦化した流れ、次いで乱流になることがわかった。そこで、今年度は下記について研究を行った。
    流れに乗って渦点が動いていく渦糸計算で解析される量子乱流と固定した計算格子において流れの変形を解析する常流体といった異なる計算系の現象を解析するため、相互摩擦力を介した2流体カップリング計算の実装に成功した。その結果、流速が増加して、渦糸密度が増加すると、相互摩擦力が強くなり、常流体は平坦化した速度分布になることがわかった。その後は、圧力勾配と相互摩擦力が釣り合い、放物形分布に戻ることも明らかになった。この成果は、物理系で著名な雑誌Physical Review Lettersに掲載された。
    また、相互摩擦力が存在する実験下では、矩形ダクト入口から一様な分布で流入した常流体が放物形の定常流れになるまでの助走距離が、短くなることが知られている。そこで、超流体も常流体と同じくNavier-Stokes方程式で扱えるように粗視化した方程式により、超流体が相互摩擦力によって変形した状態で常流体の入口へ向かって流れてくるために、一様な分布で流入する常流体は相互摩擦力によって早期に変形を受けることで、助走区間が短くなることがわかった。また超流体の移流項から予見される超流体の乱流粘性を渦粘性として近似することで、管壁の流速分布が平坦化する現象の再現に成功した。
    計算の取り合い方の異なる超流体と常流体の2流体結合計算に成功し、1流体のみの変形を扱ってきたこれまでの計算では再現できない現象を再現ならびに解明できたから。
    今後は、本研究手法を発展させ、実験では情報が少なく解明できない様々な特異現象を、計算によって解明していく。まずは、量子乱流がさらに高濃度になる場合にも高速に計算ができるようにする。これによって、さらに強い相互摩擦力下での2流体結合計算が可能となり、常流体の非等方な速度変動など、相互摩擦力の局所的な変動について詳細な検討が可能となる。また、常流体も乱流状態で計算できるようにモデル化も含めて平行して検討を進める。

  • 乱流中のスケール間エネルギー輸送の解析的評価

    2014.04
    -
    2017.03

    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hiromichi Kobayashi, Research grant, Principal investigator

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Works 【 Display / hide 】

  • FD(Faculty Development)WORKSHOP第1回/双方向授業を目指して－携帯電話によるアンケート・小テストの実施－

    KOBAYASHI HIROMICHI

    慶應義塾大学日吉キャンパス来往舎, 

    2004.10
    -
    Present
    , 

    Other, Joint

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Awards 【 Display / hide 】

  • HPCS 2013（ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム）最優秀論文賞

    Naoyuki Onodera, Takayuki Aoki, Takashi Shimokawabe, Hiromichi Kobayashi, 2013.01, 格子ボルツマン法による1m格子を用いた都市部10km四方の大規模LES気流シミュレーション

    Type of Award： Award from Japanese society, conference, symposium, etc.

  • 京コンピュータ・シンポジウム2012最優秀ポスター

    Xian Wang, Satori Tsuzuki, Takayuki Aoki, Hiromichi Kobayashi, Naoyuki Onodera, Tatsuji Miyashita, 2012.06

    Type of Award： Award from Japanese society, conference, symposium, etc.

  • Award for Distinguished Young Researcher in Fluid Mechanics of 2009, The Japan Society of Fluid Mechanics

    KOBAYASHI HIROMICHI, 2010.02, 日本流体力学会, Development of subgrid scale model based on turbulence structures

    Type of Award： Award from Japanese society, conference, symposium, etc.

    　View Description

    The award is based on the following three achievements: (1) H. Kobayashi: "The subgrid-scale models based on coherent structures for rotating homogeneous turbulence and turbulent channel flow," Physics of Fluids, Vol. 17, 045104 (2005), (2) H. Kobayashi, F. Ham and X. Wu: "Application of a local SGS model based on coherent structures to complex geometries," International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, pp.640 - 653 (2008), and (3) H. Kobayashi: "Large eddy simulation of magnetohydrodynamic turbulent duct flows," Physics of Fluids, Vol.20, 015102 (2008).

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Courses Taught 【 Display / hide 】

  • SEMINAR IN NATURAL SCIENCE 4

    2024

  • SEMINAR IN NATURAL SCIENCE 3

    2024

  • PHYSICS 2

    2024

  • PHYSICS 1

    2024

  • SEMINAR IN NATURAL SCIENCE 4

    2023

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Academic Activities 【 Display / hide 】

  • はままつ産業創造センター

    2007.12
    -
    2008.07

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Memberships in Academic Societies 【 Display / hide 】

  • American Physical Society, 

    2008
    -
    Present

  • The Japan Society of Fluid Mechanics, 

    2004
    -
    Present

  • The Japan Society of Mechanical Engineers, 

    1999
    -
    Present

  • The Physical Society of Japan, 

    1999
    -
    Present

  • The Institute of Electrical Engineers of Japan, 

    1997
    -
    Present
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Committee Experiences 【 Display / hide 】

  • 2022.04
    -
    Present

    代議員, 日本流体力学会

  • 2022.04
    -
    2023.03

    実行委員, 第36回 数値流体力学会

  • 2021.08
    -
    Present

    Advisory Committee Member, Paper review subcommittee, 12th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP-11), Southampton 2019

  • 2021.04
    -
    Present

    理論応用力学分科会・IUTAM国際連携小委員会 委員, 第25期日本学術会議

  • 2020.04
    -
    2022.03

    代議員, 日本流体力学会

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