小林　宏充 (コバヤシ　ヒロミチ)

Kobayashi, Hiromichi

写真a

所属（所属キャンパス）

法学部 （日吉）

職名

教授

外部リンク
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教員からのメッセージ 【 表示 ／ 非表示 】

  • 「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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総合紹介 【 表示 ／ 非表示 】

  • Large Eddy Simulation，ＭＨＤ(Magnetohydrodynamics)発電，高温空気燃焼といった，乱流，プラズマ流，燃焼などの流体現象を数値計算を用いて研究

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経歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 1998年04月
    -
    1999年03月

    科学技術振興事業団 研究員

  • 1999年04月
    -
    2003年03月

    慶應義塾大学 専任講師(法学部)

  • 2003年04月
    -
    2009年03月

    慶應義塾大学 助教授(法学部)

  • 2005年03月
    -
    2007年03月

    米国スタンフォード大学 Center for Turbulence Research Senior Visiting Fellow

  • 2009年04月
    -
    継続中

    慶應義塾大学 教授(法学部)

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学歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 1994年03月

    東京工業大学, 応用物理学科

    大学, 卒業

  • 1996年03月

    東京工業大学, 総合理工学研究科, エネルギー科学専攻

    大学院, 修了, 修士

  • 1998年03月

    東京工業大学, 総合理工学研究科, 創造エネルギー専攻

    大学院, 修了, 博士

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学位 【 表示 ／ 非表示 】

  • 工学博士, 東京工業大学, 課程, 1998年03月

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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 流体工学 (Fluid Engineering)

  • 自然科学一般 / 数理物理、物性基礎 (数理物理)

  • エネルギー / プラズマ科学 (Plasma Science and Technology)

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研究テーマ 【 表示 ／ 非表示 】

  • Large Eddy Simulation における各種モデルの性能比較, 

    1999年
    -
    2010年

  • 凍結希ガスプラズマ（ＦＩＰ）を用いた電磁流体力学（ＭＨＤ）発電, 

    1998年
    -
    2010年

  • 高温空気燃焼に関する研究, 

    1998年
    -
    2010年

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著書 【 表示 ／ 非表示 】

  • 環境負荷の低減を目指したMHD発電技術と応用

    小林 宏充, 電気学会, 2020年05月

    担当範囲: 33-36

  • 法学・経済学・自然科学から考える環境問題

    青木淳一、秋山豊子、大平哲、金谷信宏、小林 宏充、杉本憲彦、六車明, 慶應義塾大学出版会, 2017年08月

  • 高効率MHD発電とその応用

    小林 宏充, 電気学会, 2017年05月

    担当範囲: 18-22

  • 流体力学の基礎

    宮内敏雄，店橋護，小林 宏充, 数理工学社, 2014年11月

  • MHD技術応用

    小林 宏充, 電気学会, 2013年04月

    担当範囲: 24-26

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論文 【 表示 ／ 非表示 】

  • 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年07月

    研究論文（学術雑誌）, 査読有り

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

    Inagaki K., Kobayashi H.

    AIP Advances （AIP Advances)  12 （ 4 ） 045222 2022年04月

    研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

    　概要を見る

    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年12月

    研究論文（学術雑誌）, 査読有り,  ISSN  01678191

    　概要を見る

    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.

  • 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理論解析

    佐々木亮，藤野貴康，高奈秀匡，小林宏充

    電気学会論文誌B （電気学会)  141 （ 10 ） 642 - 648 2021年10月

    研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

  • 低スピンレートで回転する野球ボールの空力解析～フォークボールの縦の変化の解明 ～

    大橋遼河, 青木尊之, 渡辺勢也, 小林宏充

    日本流体力学会誌ながれ （日本流体力学会)  40 （ 5 ） 343 - 355 2021年10月

    研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

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総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

  • 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年06月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 単著

  • 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年

    記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア）, 共著

  • 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年

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 共著

  • 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年12月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 共著

  • 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年02月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 共著

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研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

  • 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年10月
    , 

    口頭発表（一般）

  • 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年10月
    , 

    口頭発表（一般）

  • 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年09月
    , 

    口頭発表（一般）, 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年09月
    , 

    口頭発表（一般）, 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年09月
    , 

    口頭発表（一般）, 電気学会

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競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2相乱流の普遍統計法則の解明による流体機器の混合促進機能向上

    2022年04月
    -
    2026年03月

    日本学術振興会, 科学研究費補助金 (文部科学省・日本学術振興会）基盤研究(B), 小林宏充、横田理央, 基盤研究(B), 補助金,  研究代表者

    　研究概要を見る

    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。

  • 雲乱流における混合輸送現象と雲マイクロ物理過程の大規模数値計算による解明

    2020年04月
    -
    2025年03月

    名古屋工業大学, 後藤 俊幸、渡邊 威, 三浦 英昭, 小林 宏充, 島 伸一郎, 齋藤 泉, 基盤研究(A), 研究分担者

    　研究概要を見る

    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.

  • 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年04月
    -
    2025年03月

    東京工業大学, 奥野 喜裕、小林 宏充, 藤野 貴康, 高奈 秀匡, 基盤研究(A), 研究分担者

    　研究概要を見る

    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。

  • 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年04月
    -
    2021年03月

    日本学術振興会, 科学研究費補助金 (文部科学省・日本学術振興会）基盤研究(C), 小林宏充、坪田 誠, 基盤研究(C), 補助金,  研究代表者

    　研究概要を見る

    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年04月
    -
    2017年03月

    日本学術振興会, 科学研究費補助金(文部科学省・日本学術振興会）基盤研究(C), 小林宏充, 補助金,  研究代表者

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Works 【 表示 ／ 非表示 】

  • 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－

    小林 宏充

    慶應義塾大学日吉キャンパス来往舎, 

    2004年10月
    -
    継続中
    , 

    その他, 共同

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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

  • 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

    小野寺 直幸，青木 尊之，下川辺 隆史，小林 宏充, 2013年01月, 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

    受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

  • 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年06月

    受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

  • 2009年度 日本流体力学会 竜門賞

    小林 宏充, 2010年02月, 日本流体力学会, 乱流構造に基づくサブグリッドスケールモデルの開発

    受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

    　説明を見る

    以下3つの業績による。
    (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). (3) H. Kobayashi: "Large eddy simulation of magnetohydrodynamic turbulent duct flows," Physics of Fluids, Vol.20, 015102 (2008).

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担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

  • 自然科学研究会Ⅳ

    2024年度

  • 自然科学研究会Ⅲ

    2024年度

  • 物理学Ⅱ（実験を含む）

    2024年度

  • 物理学Ⅰ（実験を含む）

    2024年度

  • 自然科学研究会Ⅳ

    2023年度

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学術貢献活動 【 表示 ／ 非表示 】

  • はままつ産業創造センター

    2007年12月
    -
    2008年07月

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

  • American Physical Society, 

    2008年
    -
    継続中

  • 日本流体力学会, 

    2004年
    -
    継続中

  • 日本機械学会, 

    1999年
    -
    継続中

  • 日本物理学会, 

    1999年
    -
    継続中

  • 電気学会, 

    1997年
    -
    継続中
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委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2022年04月
    -
    継続中

    代議員, 日本流体力学会

  • 2022年04月
    -
    2023年03月

    実行委員, 第36回 数値流体力学会

  • 2021年08月
    -
    継続中

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

  • 2021年04月
    -
    継続中

    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年04月
    -
    2022年03月

    代議員, 日本流体力学会

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