2024/05/14 更新

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コウノ ハルヒコ
河野 晴彦
KOHNO Haruhiko
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所属
大学院情報工学研究院 物理情報工学研究系
職名
准教授
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研究キーワード

  • 電磁流体力学

  • プラズマ物理

  • 応用数学

  • 数値流体力学

研究分野

  • エネルギー / 核融合学

  • エネルギー / プラズマ科学

  • 情報通信 / 計算科学

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 流体工学

出身学校

  • 2000年03月   慶應義塾大学   理工学部   機械工学科   卒業   日本国

出身大学院

  • 2011年05月   マサチューセッツ工科大学   原子力理工学科(Department of Nuclear Science & Engineering)   博士課程・博士後期課程   修了   アメリカ合衆国

  • 2003年03月   慶應義塾大学   理工学研究科   開放環境科学専攻   博士課程・博士後期課程   修了   日本国

取得学位

  • マサチューセッツ工科大学  -  博士(Sc.D.)   2011年06月

  • 慶應義塾大学  -  博士(工学)   2003年03月

学内職務経歴

  • 2019年04月 - 現在   九州工業大学   大学院情報工学研究院   物理情報工学研究系     准教授

  • 2013年04月 - 2019年03月   九州工業大学   大学院情報工学研究院   機械情報工学研究系     准教授

学外略歴

  • 2012年07月 - 2013年03月   九州大学   稲盛フロンティア研究センター   特任助教   日本国

  • 2011年07月 - 2012年06月   リーハイ大学   物理学科   リサーチサイエンティスト   アメリカ合衆国

  • 2005年05月 - 2006年07月   コヴェントリー大学   応用数学研究センター   日本学術振興会海外特別研究員   グレートブリテン・北アイルランド連合王国(英国)

  • 2003年08月 - 2005年01月   マサチューセッツ工科大学   機械工学科   日本学術振興会特別研究員   アメリカ合衆国

所属学会・委員会

  • 2021年02月 - 現在   日本計算工学会   日本国

  • 2017年06月 - 現在   プラズマ・核融合学会   日本国

  • 2013年01月 - 現在   日本機械学会   日本国

論文

  • A finite element procedure for time-dependent radio-frequency sheaths based on a two-dimensional microscale fluid model 査読有り 国際誌

    H. Kohno, J. R. Myra

    Computer Physics Communications ( Elsevier B.V. )   291   108841-1 - 108841-15   2023年10月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    In this paper, we present a finite element scheme for the analysis of time-dependent radio-frequency (RF) sheath behavior in a plasma-filled domain bounded by periodically curved plates. This numerical scheme is based on a two-dimensional (2D) microscale model in which the time-dependent cold-ion fluid equations, the Maxwell–Boltzmann relation for electrons, and Poisson's equation are solved subject to periodic boundary conditions (BCs) and conducting-wall BCs. The continuity of the total current is employed in localized regions to provide a constraint on the reference sheath potential. The primary purpose of this work is to understand 2D dynamic sheath behavior in order to improve predictive capabilities for RF wave interactions in magnetic fusion experiments. In particular, this work treats cases where the local radius of curvature of the wall surface is comparable to the non-neutral sheath width. Using the developed numerical code, the dependences of the ion, electron, and displacement admittances on the wall bump height, ion magnetization, ion mobility, and the magnetic field angle are investigated. It is shown that the ion and electron admittances are nearly unchanged over wide ranges of the bump height and ion magnetization. In addition, the 2D sheath effects are assessed through the spatial distributions of various quantities such as the electron density, electrostatic potential, ion velocity, and surface wall current.

    DOI: 10.1016/j.cpc.2023.108841

    Scopus

    その他リンク: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=85165122400&origin=inward

  • Validity condition for the local sheath impedance boundary condition and a nonlocal generalization 査読有り 国際誌

    J. R. Myra, H. Kohno

    AIP Conference Proceedings ( AIP Publishing )   2984 ( 1 )   060002-1 - 060002-6   2023年08月

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)

    ICRF sheaths can cause unwanted interactions of high-power RF waves with material surfaces in magnetic fusion devices. In previous work, a local RF sheath impedance boundary condition (BC) was derived for use in ICRF codes together with a microscale (i.e., Debye or sheath width scale) model for obtaining the sheath impedance used in that BC. This local RF sheath BC matches the normal component of current and electrostatic potential across the sheath-plasma interface. Collapsing the matching conditions at the sheath-plasma interface to a BC depends on the assumption of scale separation, which can be violated when conditions along the local radius of curvature of the surface vary sufficiently rapidly. The validity condition is explored in this contribution, with special attention to the case where the magnetic field approaches being tangent to the surface. When the local sheath BC no longer applies, a nonlocal sheath BC is developed under the assumption of a more relaxed scale separation assumption. It is shown that the nonlocal sheath BC reduces to the previous local sheath BC under appropriate conditions. A surface-integrated sheath admittance parameter [H. Kohno and J. R. Myra, this conference] describes the 2D physics in the new BC.

    DOI: 10.1063/5.0163291

  • Magnetic potential based formulation for linear and non-linear 3D RF sheath simulation 査読有り 国際誌

    S. Shiraiwa, N. Bertelli, W. Tierens, R. Bilato, J. Hillairet, J. Myra, H. Kohno, M. Poulos, M. Ono

    Nuclear Fusion ( IOP Publishing )   63 ( 2 )   026024-1 - 026024-12   2023年01月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    This paper reports a new numerical scheme to simulate the radio-frequency (RF) induced RF sheath, which is suitable for a large 3D simulation. In the RF sheath boundary model, the tangential component of the electric field ( E t ) is given by the gradient of a scalar electric field potential. We introduce two additional scalar potentials for the tangential components of the magnetic field, which effectively impose the normal electric displacement (D n ) on the plasma sheath boundary condition via in-homogeneous Neumann boundary condition and constrain the tangential electric field on the surface as curl-free ( ∇ × E t = 0 ). In our approach, the non-linear sheath impedance is formulated as a natural extension of the large thickness (or asymptotic) sheath limit ( D n = 0 ), allowing for handling both asymptotic and non-linear regimes seamlessly. The new scheme is implemented using the Petra-M finite element method analysis framework and is verified with simulations in the literature. The significance of non-linearity is discussed in various plasma conditions. An application of this scheme to asymptotic RF sheath simulation on the WEST ICRF antenna side limiters is also discussed.

    DOI: 10.1088/1741-4326/aca6f9

    Scopus

    その他リンク: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=85145880189&origin=inward

  • 交流磁場下の3次元電磁流体流れにおける連成解析手法の検討 査読有り

    久米川 知也,牟禮 良晃,河野 晴彦

    日本計算工学会論文集 ( 日本計算工学会 )   2022   20220016   2022年10月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    複数の場の相互作用を伴う3次元連成解析では,一般に弱連成手法または強連成手法が用いられ,解の正確度を低下させることなく,妥当な計算時間で数値解が得られる手法を選択することが重要である.本研究では,電磁流体流れを計算するための弱連成スキームに分離反復型解法を導入した新たなスキーム(IPCスキーム)を構築し,両スキームを用いて得られた数値解の比較を通して,弱連成スキームの信頼性を評価する.流体・固体・気体を含む領域に一様な交流磁場が印加されるモデルを用いて,ハルトマン数が小さく,時間刻み幅が比較的大きい場合,IPCスキームにより得られる解は弱連成スキームにより得られる解よりも信頼性が高いことが示された.一方で,低ハルトマン数の条件においても,時間刻み幅を十分に小さくすると,両スキームにより得られる解はよく一致することも確かめられた.

    DOI: 10.11421/jsces.2022.20220016

    CiNii Research

  • ALE有限要素法による直流磁場下における導電性液滴の振動の数値解析

    澁田 謙太,河野 晴彦

    日本機械学会2021年度年次大会 ( 日本機械学会 )   2021 ( 0 )   S055-39   2021年09月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    A numerical scheme to analyze oscillations of a conductive droplet under DC magnetic fields in zero gravity was developed, and the effect of DC magnetic fields on the oscillation of a conductive droplet is investigated. In the present scheme, the Navier-Stokes equations for the liquid-gas two-phase fluid flow are solved by a Galerkin finite element method and the ALE method is used to allow a conductive droplet to oscillate. An elliptical conductive droplet is placed in the center of a two-dimensional rectangular domain and uniform DC magnetic fields are applied in the x direction. It is confirmed that the DC magnetic fields generate Lorentz force in the directions which prevent oscillations of the conductive droplet, resulting in a damping effect of the oscillations. Furthermore, as compared with the case without applying a DC magnetic field, phase delay and phase advance are observed as a result of applying DC magnetic fields.

    DOI: 10.1299/jsmemecj.2021.s055-39

    CiNii Research

  • 直流磁場下における導電性流体の2次元スロッシング解析

    澁田 謙太,河野 晴彦

    日本機械学会九州支部講演論文集 ( 日本機械学会 )   2021.74 ( 0 )   2021年03月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    DOI: 10.1299/jsmekyushu.2021.74.E44

    CiNii Article

    その他リンク: https://ci.nii.ac.jp/naid/130008092373

  • Convergence improvement of the simultaneous relaxation method used in the finite element analysis of incompressible fluid flows 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno

    Engineering Computations ( Emerald Publishing )   37 ( 2 )   481 - 500   2020年03月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    Purpose: This paper aims to present an improved finite element method used for achieving faster convergence in simulations of incompressible fluid flows. For stable computations of incompressible fluid flows, it is important to ensure that the flow field satisfies the equation of continuity in each element of a generally distorted mesh. The study aims to develop a numerical approach that satisfies this requirement based on the highly simplified marker-and-cell (HSMAC) method and increases computational speed by introducing a new algorithm into the simultaneous relaxation of velocity and pressure. Design/methodology/approach: First, the paper shows that the classical HSMAC method is equivalent to a Jacobi-type method in terms of the simultaneous relaxation of velocity and pressure. Then, a Gauss–Seidel or successive over-relaxation (SOR)-type method is introduced in the Newton–Raphson iterations to take into account all the derivative terms in the first-order Taylor series expansion of a nodal-averaged error explicitly. Here, the nine-node quadrilateral (Q2–Q1) elements are used. Findings: The new finite element approach based on the improved HSMAC algorithm is tested on fluid flow problems including the lid-driven square cavity flow and the flow past a circular cylinder. The results show significant improvement of the convergence property with the accuracy of the numerical solutions kept unchanged even on a highly distorted mesh. Originality/value: To the best of the author’s knowledge, the idea of using the Gauss–Seidel or SOR method in the simultaneous relaxation procedure of the HSMAC method has not been proposed elsewhere.

    DOI: 10.1108/EC-02-2019-0069

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    その他リンク: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=85071120939&origin=inward

  • 環状流路内における進行磁場により駆動される電磁流体流れの3次元数値解析

    牟禮 良晃,河野 晴彦

    計算力学講演会講演論文集 ( 日本機械学会 )   2019.32 ( 0 )   2019年09月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    Three-dimensional numerical simulation of incompressible, magnetohydrodynamic flows under traveling magnetic fields are carried out, which takes into account the coupling with the electromagnetic field in the solid and gas regions. A numerical scheme is constructed by combining the Galerkin finite element method and the edge-element based finite element method, which are applied to the discretizations of Navier-Stokes equations and the electromagnetic field equations, respectively. The solution algorithm for fluid flow is based on an explicit fractional step approach and the simultaneous relaxation of velocity and pressure to satisfy the continuity equation. The electromagnetic field equations are formulated with the use of the magnetic vector potential which is defined on the edge elements. Numerical simulations of the MHD flows in an annular channel are carried out under traveling magnetic fields. It is confirmed that the magnitude and oscillation amplitude of the z-component of the velocity becomes larger with the increase in the Hartmann number. It is also shown that the frequency of the velocity pulsation is doubled than the frequency of the externally applied traveling magnetic field.

    DOI: 10.1299/jsmecmd.2019.32.028

    CiNii Article

    その他リンク: https://ci.nii.ac.jp/naid/130007817209

  • 正方形ダクト内における交流磁場下の3次元電磁流体流れ解析

    坂井 駿介,牟禮 良晃,河野 晴彦

    計算力学講演会講演論文集 ( 日本機械学会 )   2019.32 ( 0 )   2019年09月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    In our previous work, a three-dimensional numerical scheme for analyzing magnetohydrodynamic (MHD) flows under alternating-current magnetic fields was constructed, which takes into account the coupling with the electromagnetic fields in the solid and gas regions. In this study, a periodic boundary condition and an external traveling-wave magnetic field are introduced into the numerical scheme to investigate the dependences of the MHD flow in a square duct on the Hartmann number and the phase velocity of the external magnetic field. It is shown that the flow in the axial direction is encouraged with the increase in the Hartmann number or the angular frequency, while an opposite behavior is observed in terms of the oscillation amplitude of the fluid flow.

    DOI: 10.1299/jsmecmd.2019.32.103

    CiNii Article

    その他リンク: https://ci.nii.ac.jp/naid/130007817254

  • ALE法を用いた2次元スロッシング解析における安定性向上の検討

    小島 拓人,河野 晴彦

    計算力学講演会講演論文集 ( 日本機械学会 )   2019.32 ( 0 )   2019年09月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    In this study, we investigate the stability required for a two-dimensional sloshing analysis with the use of an arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) method. Here, two well-known upwind methods are employed for the discretization of the kinematic condition on the free surface: SUPG and CIP methods. On the other hand, the Navier-Stokes equations are discretized by a finite element scheme without any upwind method to see whether the stability is retained solely by introducing an appropriate upwind method into the calculation on the free surface. It is shown in both primary and tertiary modes that stable results are obtained when the CIP method is employed, while unstable grid-scale oscillations are observed at some point when the SUPG method is used. This suggests that a semi-Lagrangian scheme is essential for stable computation based on the ALE formulation.

    DOI: 10.1299/jsmecmd.2019.32.073

    CiNii Article

    その他リンク: https://ci.nii.ac.jp/naid/130007817141

  • Calculation of RF sheath properties from surface wave-fields: a post-processing method 査読有り 国際誌

    J. R. Myra, H. Kohno

    Plasma Physics and Controlled Fusion ( IOP Publishing )   61 ( 9 )   095003-1 - 095003-10   2019年07月

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    In ion cyclotron range of frequency (ICRF) experiments in fusion research devices, radio frequency (RF) sheaths form where plasma, strong RF wave fields and material surfaces coexist. These RF sheaths affect plasma material interactions such as sputtering and localized power deposition, as well as the global RF wave fields themselves. RF sheaths may be modeled by employing a sheath boundary condition (BC) in place of the more customary conducting wall (CW) BC; however, there are still many ICRF computer codes that do not implement the sheath BC. In this paper we present a method for post-processing results obtained with the CW-BC. The post-processing method produces results that are equivalent to those that would have been obtained with the RF sheath BC, under certain assumptions. The post-processing method is also useful for verification of sheath BC implementations and as a guide to interpretation and understanding of the role of RF sheaths and their interactions with the waves that drive them.

    DOI: 10.1088/1361-6587/ab2f41

    Kyutacar

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    その他リンク: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=85072074100&origin=inward

  • Radio frequency wave interactions with a plasma sheath: The role of wave and plasma sheath impedances 査読有り 国際誌

    J. R. Myra, H. Kohno

    Physics of Plasmas ( AIP Publishing )   26 ( 5 )   052503-1 - 052503-14   2019年05月

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    Radio frequency (RF) sheaths form near surfaces where plasma and strong RF fields coexist. The effect of these RF sheaths on wave propagation near the boundary can be characterized by an effective sheath impedance that includes both resistive and capacitive contributions describing RF sheath rectification and RF power absorption in the sheath [J. R. Myra and D. A. D'Ippolito, Phys. Plasmas 22, 062507 (2015)]. Here, we define a dimensionless parameter, the ratio of incoming wave impedance to the sheath impedance, which determines the characteristics of the interaction, ranging from quasi-conducting to quasi-insulating, or in the case of matched impedances, to either perfect absorption or a sheath-plasma resonance. A semi-analytical analysis is carried out for electrostatic slow waves in the ion cyclotron range of frequencies. For the propagating slow wave case, where the incident wave is partially reflected, the fraction of power dissipated in the sheath is calculated. For the evanescent slow wave case, which admits a sheath-plasma resonance, an amplification factor is calculated. Using the impedance ratio approach, RF sheath interactions are characterized for a range of RF wave and plasma parameters including plasma density, magnetic field angle with respect to the surface, wave frequency, and wave-vector components tangent to the surface. For a particularly interesting example case, results are compared with the rfSOL code [H. Kohno and J. R. Myra, Comput. Phys. Commun. 220, 129 (2017)]. Finally, electromagnetic effects, absent from the semi-analytical analysis, are assessed.

    DOI: 10.1063/1.5088343

    Kyutacar

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    その他リンク: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=85065617431&origin=inward

  • Radio-frequency wave interactions with a plasma sheath in oblique-angle magnetic fields using a sheath impedance model 査読有り 国際誌

    H. Kohno, J. R. Myra

    Physics of Plasmas ( AIP Publishing )   26 ( 2 )   022507-1 - 022507-15   2019年02月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    The physics of interactions between waves in plasmas and sheaths for background magnetic fields which make oblique angles with sheath surfaces is studied with the use of the self-consistent finite element code rfSOL incorporating the recently developed sheath impedance model [J. R. Myra, Phys. Plasmas 24, 072507 (2017)]. The calculation based on this model employs the generalized sheath boundary condition (sheath BC), which surpasses the previously used capacitive sheath BC in reliability by taking into account the contributions of the ion and electron currents in the sheath and the displacement current. A series of numerical simulations is carried out in two-dimensional slab geometry with a flat or curved sheath surface as part of the boundary. It is shown that the sheath-plasma wave appears when the equilibrium magnetic field line angle with respect to the sheath surface is small, the absolute value of the radio-frequency (RF) sheath voltage is large, and the plasma density is slightly higher than the lower hybrid resonance density (LHR density), all of which bring the sheath property closer to being capacitive. It is also shown that the sharp variation of the magnetic field line angle along the sheath surface can sensitively affect the maximum absolute value of the RF sheath voltage at a plasma density slightly lower than the LHR density.

    DOI: 10.1063/1.5054920

    Kyutacar

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    その他リンク: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=85061370566&origin=inward

  • 交流磁場下における導体壁に囲まれた電磁流体流れの3次元数値解析 査読有り

    牟禮 良晃,河野 晴彦

    日本機械学会論文集 ( 日本機械学会 )   84 ( 863 )   17-00589-1 - 17-00589-16   2018年07月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    Three-dimensional (3D) numerical simulation of incompressible, magnetohydrodynamic (MHD) flows under alternating-current (AC) magnetic fields are carried out, which takes into account the coupling with the electromagnetic fields in the solid and gas regions. A numerical scheme is constructed by combining the Galerkin finite element method and the edge-element based finite element method, which are applied to the discretizations of the Navier–Stokes equations and the electromagnetic field equations, respectively. The solution algorithm for fluid flow is based on an explicit fractional step approach and the simultaneous relaxation of velocity and pressure to satisfy the continuity equation. The electromagnetic field equations are formulated with the use of the magnetic vector potential which is defined on the edge elements. In the proposed numerical scheme, the advection term in the induction equation is not neglected, because the scheme needs to deal with the condition where the advection term is the same order with the diffusion term in that equation. The validity of the numerical scheme is verified through the analysis of the electromagnetic field under a direct-current magnetic field, and numerical simulations of the MHD flows under spatially uniform AC magnetic fields are carried out. It is confirmed that the spatio-temporal mean Lorentz force in the conducting fluid becomes weaker with the increase in the dimensionless frequency due to the skin effect. It is also shown that the flow pattern in a hexahedral closed domain is largely changed when the frequency is getting higher, which is associated with the change in the Lorentz force profile.

    DOI: 10.1299/transjsme.17-00589

    CiNii Article

    その他リンク: https://ci.nii.ac.jp/naid/130007419065

  • A finite element procedure for radio-frequency sheath-plasma interactions based on a sheath impedance model 査読有り 国際誌

    H. Kohno, J. R. Myra

    Computer Physics Communications ( Elsevier B.V. )   220   129 - 142   2017年11月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    A finite element code that solves self-consistent radio-frequency (RF) sheath-plasma interaction problems is improved by incorporating a generalized sheath boundary condition in the macroscopic solution scheme. This sheath boundary condition makes use of a complex sheath impedance including both the sheath capacitance and resistance, which enables evaluation of not only the RF voltage across the sheath but also the power dissipation in the sheath. The newly developed finite element procedure is applied to cases where the background magnetic field is perpendicular to the sheath surface in one- and two-dimensional domains filled by uniform low- and high-density plasmas. The numerical results are compared with those obtained by employing the previous capacitive sheath model at a typical frequency for ion cyclotron heating used in fusion experiments. It is shown that for sheaths on the order of 100 V in a high-density plasma, localized RF power deposition can reach a level which causes material damage. It is also shown that the sheath-plasma wave resonances predicted by the capacitive sheath model do not occur when parameters are such that the generalized sheath impedance model substantially modifies the capacitive character of the sheath. Possible explanations for the difference in the maximum RF sheath voltage depending on the plasma density are also discussed.

    DOI: 10.1016/j.cpc.2017.06.025

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    その他リンク: https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85029283167&origin=inward&txGid=188aa8e6a5dca1fb100b8330cda5b757

  • A post-processing method to simulate the generalized RF sheath boundary condition 査読有り 国際誌

    James R. Myra, Haruhiko Kohno

    EPJ Web of Conferences ( EDP Sciences )   157   03037-1 - 03037-4   2017年10月

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)

    For applications of ICRF power in fusion devices, control of RF sheath interactions is of great importance. A sheath boundary condition (SBC) was previously developed to provide an effective surface impedance for the interaction of the RF sheath with the waves. The SBC enables the surface power flux and rectified potential energy available for sputtering to be calculated. For legacy codes which cannot easily implement the SBC, or to speed convergence in codes which do implement it, we consider here an approximate method to simulate SBCs by post-processing results obtained using other, e.g. conducting wall, boundary conditions. The basic approximation is that the modifications resulting from the generalized SBC are driven by a fixed incoming wave which could be either a fast wave or a slow wave. The method is illustrated in slab geometry and compared with exact numerical solutions; it is shown to work very well.

    DOI: 10.1051/epjconf/201715703037

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    その他リンク: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=85032637844&origin=inward

  • A mixed-interpolation finite element method for incompressible thermal flows of electrically conducting fluids 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno

    International Journal for Numerical Methods in Fluids ( John Wiley & Sons )   83 ( 11 )   813 - 840   2017年04月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    A new mixed-interpolation finite element method is presented for the two-dimensional numerical simulation of incompressible magnetohydrodynamic (MHD) flows which involve convective heat transfer. The proposed method applies the nodal shape functions, which are locally defined in nine-node elements, for the discretization of the Navier–Stokes and energy equations, and the vector shape functions, which are locally defined in four-node elements, for the discretization of the electromagnetic field equations. The use of the vector shape functions allows the solenoidal condition on the magnetic field to be automatically satisfied in each four-node element. In addition, efficient approximation procedures for the calculation of the integrals in the discretized equations are adopted to achieve high-speed computation. With the use of the proposed numerical scheme, MHD channel flow and MHD natural convection under a constant applied magnetic field are simulated at different Hartmann numbers. The accuracy and robustness of the method are verified through these numerical tests in which both undistorted and distorted meshes are employed for comparison of numerical solutions. Furthermore, it is shown that the calculation speed for the proposed scheme is much higher compared with that for a conventional numerical integration scheme under the condition of almost the same memory consumption.

    DOI: 10.1002/fld.4292

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    その他リンク: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=84990202195&origin=inward

  • ベクトル有限要素法を用いた交流磁場下における3次元電磁流体解析

    牟禮 良晃,河野 晴彦

    日本機械学会九州支部講演論文集 ( 日本機械学会 )   2017.70 ( 0 )   257 - 258   2017年01月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    DOI: 10.1299/jsmekyushu.2017.70.817

    CiNii Article

    その他リンク: https://ci.nii.ac.jp/naid/130007099690

  • MPIおよびCUDAによる熱流体解析の高速化

    宇都 信一,河野 晴彦

    日本機械学会九州支部講演論文集 ( 日本機械学会 )   2017.70 ( 0 )   255 - 256   2017年01月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    DOI: 10.1299/jsmekyushu.2017.70.816

    CiNii Article

    その他リンク: https://ci.nii.ac.jp/naid/130007099749

  • 2次元移流問題におけるCIP法に基づく離散化手法の比較

    河野 雄太,河野 晴彦

    日本機械学会九州支部講演論文集 ( 日本機械学会 )   2017.70 ( 0 )   259 - 260   2017年01月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    DOI: 10.1299/jsmekyushu.2017.70.818

    CiNii Article

    その他リンク: https://ci.nii.ac.jp/naid/130007099682

  • An improved rf-sheath boundary condition and implications for ICRF modeling 査読有り 国際誌

    J. R. Myra, H. Kohno

    26th IAEA Fusion Energy Conference, Kyoto, Japan, 17-22 October 2016, paper IAEA-CN-234/TH/P4-31   2016年10月

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)

    Japan   Kyoto   2016年10月17日  -  2016年10月22日

  • Erratum: "Numerical investigation of fast-wave propagation and radio-frequency sheath interaction with a shaped tokamak wall" [Phys. Plasmas 22, 072504 (2015)] 査読有り 国際誌

    H. Kohno, J. R. Myra, D. A. D'Ippolito

    Physics of Plasmas ( AIP Publishing )   23 ( 8 )   089901-1 - 089901-4   2016年08月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    DOI: 10.1063/1.4960384

    Scopus

  • 流れの有限要素法による自由表面の変形を有する電磁流体の数値解析

    梶山 祐甫,河野 晴彦

    日本機械学会九州支部講演論文集 ( 日本機械学会 )   2016.69 ( 0 )   351 - 352   2016年01月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    その他リンク: http://ci.nii.ac.jp/naid/110010054798

  • CUDAによる電磁熱流体解析の高速化

    迫田 卓,河野 晴彦

    日本機械学会九州支部講演論文集 ( 日本機械学会 )   2016.69 ( 0 )   349 - 350   2016年01月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    その他リンク: http://ci.nii.ac.jp/naid/110010054797

  • An efficient, high-order finite element method using the nodal averaging technique for incompressible fluid flows 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno

    Computer Physics Communications ( Elsevier B.V. )   195   68 - 76   2015年10月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    A new finite element method is presented for use of quadrilateral nine-node elements in the solution of the incompressible Navier-Stokes equations. In a conventional predictor-corrector scheme, the method applies the nodal averaging technique to discretize the Poisson equation used for the simultaneous relaxation of velocity and pressure. Additionally, efficient approximation procedures are devised to increase the speed of computation without deteriorating solution accuracy. The proposed numerical schemes are evaluated on two-dimensional test problems including a classical lid-driven cavity flow and a flow over a backward-facing step in a flow channel. The results show good accuracy even when distorted elements are used for calculation.

    DOI: 10.1016/j.cpc.2015.05.002

    Scopus

  • Numerical investigation of fast-wave propagation and radio-frequency sheath interaction with a shaped tokamak wall 査読有り

    H. Kohno, J. R. Myra, D. A. D'Ippolito

    Physics of Plasmas ( AIP Publishing )   22 ( 7 )   072504-1 - 072504-12   2015年07月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    Interactions between propagating fast waves and radio-frequency (RF) sheaths in the ion cyclotron range of frequencies are numerically investigated based on a cold fluid plasma model coupled with a sheath boundary condition. In this two-dimensional study, the capability of the finite element code rfSOL, which was developed in previous numerical work, is extended to analyze self-consistent RF sheath-plasma interaction problems in a tokamak with a non-circular cross-section. It is found that a large sheath voltage is generated near the edges of the limiter-shaped deformation as a result of the conversion from fast to slow waves on the sheaths. The sheath voltage associated with this conversion is particularly significant in the localized region where the contact angle between the magnetic field line and the conducting wall varies rapidly along the curved sheath surface, which is consistent with the results in previous one-dimensional theoretical work. The dependences of the RF sheaths on various parameters in plasma such as the toroidal wavenumber, edge plasma density, and the degree of the RF wave absorption in the core region are also examined in detail.

    DOI: 10.1063/1.4926449

    Scopus

  • 直流磁場下における上昇気泡の数値解析

    田中 宏幸,河野 晴彦

    日本機械学会九州支部講演論文集 ( 日本機械学会 )   2015.68 ( 0 )   3 - 4   2015年01月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    DOI: 10.1299/jsmekyushu.2015.68.3

    CiNii Article

    CiNii Research

    その他リンク: https://ci.nii.ac.jp/naid/130006576105

  • ハイブリッド並列による電磁熱流体解析の高速化

    迫田 卓,宇都 信一,河野 晴彦

    日本機械学会九州支部講演論文集 ( 日本機械学会 )   2015.68 ( 0 )   1 - 2   2015年01月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    DOI: 10.1299/jsmekyushu.2015.68.1

    CiNii Article

    CiNii Research

    その他リンク: https://ci.nii.ac.jp/naid/130006575966

  • Calculation of contact angles at triple phase boundary in solid oxide fuel cell anode using the level set method 査読有り 国際誌

    Xiaojun Sun, Yosuke Hasegawa, Haruhiko Kohno, Zhenjun Jiao, Koji Hayakawa, Kohei Okita, Naoki Shikazono

    Materials Characterization ( Elsevier B.V. )   96   100 - 107   2014年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    A level set method is applied to characterize the three dimensional structures of nickel, yttria stabilized zirconia and pore phases in solid oxide fuel cell anode reconstructed by focused ion beam-scanning electron microscope. A numerical algorithm is developed to evaluate the contact angles at the triple phase boundary based on interfacial normal vectors which can be calculated from the signed distance functions defined for each of the three phases. Furthermore, surface tension force is estimated from the contact angles by assuming the interfacial force balance at the triple phase boundary. The average contact angle values of nickel, yttria stabilized zirconia and pore are found to be 143°-156°, 83°-138° and 82°-123°, respectively. The mean contact angles remained nearly unchanged after 100 hour operation. However, the contact angles just after reduction are different for the cells with different sintering temperatures. In addition, standard deviations of the contact angles are very large especially for yttria stabilized zirconia and pore phases. The calculated surface tension forces from mean contact angles were close to the experimental values found in the literature. Slight increase of surface tensions of nickel/pore and nickel/yttria stabilized zirconia were observed after operation. Present data are expected to be used not only for the understanding of the degradation mechanism, but also for the quantitative prediction of the microstructural temporal evolution of solid oxide fuel cell anode.

    DOI: 10.1016/j.matchar.2014.07.020

    Scopus

    その他リンク: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=84905373556&origin=inward

  • Role of magnetic field tangency points in ICRF sheath interactions 査読有り 国際誌

    J. R. Myra, D. A. D'Ippolito, H. Kohno

    AIP Conference Proceedings ( AIP Publishing )   1580 ( 1 )   322 - 325   2014年02月

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)

    ICRF waves can sometimes interact with plasma-facing surfaces in tokamak fusion experiments causing degradation of core heating efficiency, impurity injection and even component damage. While presently available low dimensionality if sheath models are useful in understanding many features of these interactions, more quantitative modeling will require attention to realistic geometrical details of the boundary plasma and surfaces. In this paper, we explore the situation in which there exists a tangency point of the background magnetic field with a surface. We find that the rf interactions are strongly influenced by the generation and propagation of sheath-plasma waves (SPW) along the surface. It is found that these waves preferentially propagate towards, and accumulate at, a convex tangency point. An analytical theory of SPW propagation is developed to understand these features.

    DOI: 10.1063/1.4864553

  • Detailed transport-reaction models for SOFC Ni-YSZ patterned anodes: A critical inquiry 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno, Shixue Liu, Teppei Ogura, Takayoshi Ishimoto, Dayadeep S. Monder, Kunal Karan, Michihisa Koyama

    ECS Transactions ( IOP Publishing )   57 ( 1 )   2821 - 2830   2013年10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(国際会議プロシーディングス)

    Understanding the detailed physicochemical mechanisms for the electro-oxidation of fuel at the triple phase boundaries (TPBs) in solid oxide fuel cell (SOFC) anodes is a key step towards improving SOFC performance. Significant efforts have been directed toward this goal via both experimental and computational modeling studies. In particular, patterned Ni anode on a planar YSZ substrate has been examined because of its well-defined two-dimensional geometry that in principle offers the advantages of known TPB length and minimization of mass transport effects. A common formulation for such patterned anodes considers modeling of surface reactions and diffusion on both electrode and electrolyte surfaces, along with charge-transfer reactions at the TPBs based on elementary kinetics. In this study, we review the theoretical approaches proposed by several authors and offer a critique of their methods.

    DOI: 10.1149/05701.2821ecst

    Scopus

    その他リンク: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=84905040215&origin=inward

  • Molecular dynamics simulation studies of H diffusion in SOFC anode using reactive force field 査読有り 国際誌

    Leton C. Saha, Kazuhide Nakao, Haruhiko Kohno, Takayoshi Ishimoto, Michihisa Koyama

    ECS Transactions ( IOP Publishing )   57 ( 1 )   2649 - 2654   2013年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)

    Employing reactive molecular dynamics simulation, we investigated diffusion pathways of H-atoms into the bulk from the Ni(100) surface. We found that surface pathway is dominant compared to bulk pathway for H atoms diffusion. Our simulation suggests that H atoms can diffuse into the bulk Ni. From 973 to 1273 K, H atoms migration into bulk is observed, but number of H atom is influenced by the temperature. At 1273 K, 30 % H atoms move into the bulk region. Diffusion barrier of H into bulk is calculated higher than the surface pathway. Diffusion coefficient of H between bulk and surface pathway is calculated to be one order of magnitude discrepancy.

    DOI: 10.1149/05701.2649ecst

  • Molecular dynamics study for sintering property analysis of Ni-YSZ cermet 査読有り 国際誌

    Kazuhide Nakao, Haruhiko Kohno, Takayoshi Ishimoto, Michihisa Koyama

    ECS Transactions ( IOP Publishing )   57 ( 1 )   1407 - 1413   2013年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)

    Microstructural change of porous electrodes in SOFC caused by sintering affected by materials and impurities is one of the main factors of the long-term degradation. Since it is difficult to clarify the effects of materials and impurities on sintering by experiments, atomistic scale simulation is important. In this study, we performed molecular dynamics (MD) simulation of porous structure of Ni and analyzed sintering properties of porous structure by employing master sintering curve theory. We have succeeded to obtain the sintering activation energy and its size dependency and to identify the dominant sintering mechanism by comparing sintering activation energy with activation energy of surface diffusion on each facet.

    DOI: 10.1149/05701.1407ecst

  • First-principles calculations of the anodic oxidation reactions of solid oxide fuel cell: Oxygen potential effect on Nickel (111) surface 査読有り 国際誌

    Shixue Liu, Takayoshi Ishimoto, Haruhiko Kohno, Michihisa Koyama

    ECS Transactions ( IOP Publishing )   57 ( 1 )   2429 - 2436   2013年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)

    The anodic reactions of solid oxide fuel cells are examined by density functional theory method under different oxygen coverage on the Ni(111) surface. The oxidation reactions H, OH and CO are calculated and the reaction barriers are affected by the oxygen potential. The concept of oxygen potential is introduced to discuss the effect of the surface chemical potential to the oxidation reactions. The results are valuable for estimating the reaction rate of anodic reactions under different oxygen potential near the anodic three phase boundary.

    DOI: 10.1149/05701.2429ecst

  • Density functional theory calculation of spin-state transition in LaCoO3 査読有り 国際誌

    Takayoshi Ishimoto, Yumi Ito, Haruhiko Kohno, Michihisa Koyama

    ECS Transactions ( IOP Publishing )   57 ( 1 )   2655 - 2660   2013年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)

    We analyzed the dependence of X-ray absorption spectra for Co 2p orbital of LaCoO3 on the Hubbard U and lattice parameters by using the density functional theory (DFT) method. The X-ray absorption spectra and partial density of states (PDOS) are studied with the different U parameters ranging from 2.5 to 7.8. The characteristic peak position of X-ray absorption spectra is also investigated for different structures: i.e., the O atom positions assuming the displacement by thermal vibrations, the lattice expansion and the crystalline lattice distortion. The effect of the above parameters on the X-ray absorption spectra are discussed on the basis of theoretical calculation results.

    DOI: 10.1149/05701.2655ecst

  • Detailed kinetic modeling for SOFC Ni pattern anodes fuelled by methane 査読有り 国際誌

    Teppei Ogura, Haruhiko Kohno, Shixue Liu, Takayoshi Ishimoto, Michihisa Koyama, Hisayoshi Tsukikawa, Masaki Tajima

    ECS Transactions ( IOP Publishing )   57 ( 1 )   2865 - 2870   2013年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)

    High SOFC operating temperature allows direct internal reforming (DIR) of methane within the SOFC anode. However, carbon formation reduces considerably the performance and durability of the cells. A key step towards improving SOFC performance is to understand the detailed surface kinetics and electrochemistry for DIR of methane at the triple phase boundaries (TPBs) in SOFC anodes. In this study, we have performed kinetic simulations with a numerical model on Ni pattern anode, combined with surface reactions, charge transfer reactions, and diffusions for DIR of methane. The I-V characteristics of SOFC near TPBs are discussed.

    DOI: 10.1149/05701.2865ecst

  • Radio-frequency sheath-plasma interactions with magnetic field tangency points along the sheath surface 査読有り 国際誌

    H. Kohno, J. R. Myra, D. A. D'Ippolito

    Physics of Plasmas ( AIP Publishing )   20 ( 8 )   082514-1 - 082514-9   2013年08月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    Computer simulations of radio-frequency (RF) waves propagating across a two-dimensional (2D) magnetic field into a conducting boundary are described. The boundary condition for the RF fields at the metal surface leads to the formation of an RF sheath, which has previously been studied in one-dimensional models. In this 2D study, it is found that rapid variation of conditions along the sheath surface promote coupling of the incident RF branch (either fast or slow wave) to a short-scale-length sheath-plasma wave (SPW). The SPW propagates along the sheath surface in a particular direction dictated by the orientation of the magnetic field with respect to the surface, and the wave energy in the SPW accumulates near places where the background magnetic field is tangent to the surface.

    DOI: 10.1063/1.4818991

  • A new method for the level set equation using a hierarchical-gradient truncation and remapping technique 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno, Jean-Christophe Nave

    Computer Physics Communications ( Elsevier B.V. )   184 ( 6 )   1547 - 1554   2013年06月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    We present a novel numerical method for solving the advection equation for a level set function. The new method uses hierarchical-gradient truncation and remapping (H-GTaR) of the original partial differential equation (PDE). Our strategy reduces the original PDE to a set of decoupled linear ordinary differential equations with constant coefficients. Additionally, we introduce a remapping strategy to periodically guarantee solution accuracy for a deformation problem. The proposed scheme yields nearly an exact solution for a rigid body motion with a smooth function that possesses vanishingly small higher derivatives and calculates the gradient of the advected function in a straightforward way. We will evaluate our method in one- and two-dimensional domains and present results to several classical benchmark problems.

    DOI: 10.1016/j.cpc.2013.02.002

    Scopus

  • Molecular dynamics study for sintering characteristics of solid oxide fuel cell anode 査読有り 国際誌

    Kazuhide Nakao, Haruhiko Kohno, Takayoshi Ishimoto, Michihisa Koyama

    ECS Transactions ( IOP Publishing )   50 ( 30 )   1 - 9   2013年05月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)

    The prediction of long-term durability of SOFC anode is important to understand the sintering phenomena in the anode, which are affected by microstructure, materials, and impurities. To understand the sintering phenomena considering the effects of materials and chemical species, molecular dynamics (MD) simulation is one of the most effective computational methods. In this study, we developed a theoretical methodology based on the master sintering curve to analyze the sintering property. We performed MD simulation for the densification of both Ni and YSZ porous structures. The sintering activation energy obtained from our proposed method was in reasonable agreement with the experimental result.

    DOI: 10.1149/05030.0001ecst

  • Applications of computational chemistry to designing materials and microstructure in fuel cell technologies 査読有り 国際誌

    Michihisa Koyama, Haruhiko Kohno, Teppei Ogura, Takayoshi Ishimoto

    Journal of Computer Chemistry, Japan ( 日本コンピュータ化学会 )   12 ( 1 )   1 - 7   2013年03月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    DOI: 10.2477/jccj.2012-0017

  • A finite element procedure for radio-frequency sheath–plasma interactions in the ion cyclotron range of frequencies 査読有り 国際誌

    H. Kohno, J. R. Myra, D. A. D'Ippolito

    Computer Physics Communications ( Elsevier B.V. )   183 ( 10 )   2116 - 2127   2012年10月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    A numerical code that solves self-consistent radio-frequency (RF) sheath-plasma interactions in the ion cyclotron range of frequencies is developed based on a nonlinear finite element technique. The present code solves for plasma waves based on the cold plasma model subject to a sheath boundary condition. The finite element procedure has been implemented for one- and two-dimensional analyses using simplified models for the poloidal plane of a tokamak. The results show good accuracy and generalize previous analytical calculations. The present algorithmic approach shows promise for developing a code to predict RF sheath potentials in the scrape-off layer of RF-heated fusion experiments.

    DOI: 10.1016/j.cpc.2012.05.014

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  • Numerical analysis of radio-frequency sheath-plasma interactions in the ion cyclotron range of frequencies 査読有り 国際誌

    H. Kohno, J. R. Myra, D. A. D'Ippolito

    Physics of Plasmas ( AIP Publishing )   19 ( 1 )   012508-1 - 012508-9   2012年01月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    A new finite element numerical scheme for analyzing self-consistent radio-frequency (RF) sheath-plasma interaction problems in the ion cyclotron range of frequencies is applied to various problems represented by simplified models for the tokamak scrape-off layer. The present code incorporates a modified boundary condition, which is called a sheath boundary condition, that couples the radio-frequency waves and sheaths at the material boundaries by treating the sheath as a thin vacuum layer. A series of numerical analyses in one- and two-dimensional domains show several important physical properties, such as the existence of multiple roots, hysteresis effects, presence and characteristics of the sheath-plasma waves, and the phase shift of a reflected slow wave, some of which are newly identified by introducing a spatially varying plasma density and background magnetic field.

    DOI: 10.1063/1.3677262

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  • Progress on quantitative modeling of rf sheaths 招待有り 査読有り 国際誌

    D. A. D'Ippolito, J. R. Myra, H. Kohno, J. C. Wright

    AIP Conference Proceedings ( AIP Publishing )   1406 ( 1 )   195 - 202   2011年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)

    A new quantitative approach for computing the rf sheath potential is described, which incorporates plasma dielectric effects and the relative geometry of the magnetic field and the material boundaries. The new approach uses a modified boundary condition ("rf sheath BC") that couples the rf waves and the sheaths at the boundary. It treats the sheath as a thin vacuum region and matches the fields across the plasma-vacuum boundary. When combined with the Child-Langmuir Law (relating the sheath width and sheath potential), the model permits a self-consistent determination of the sheath parameters and the rf electric field at the sheath-plasma boundary. Semi-analytic models using this BC predict a number of general features, including a sheath voltage threshold, a dimensionless parameter characterizing rf sheath effects, and the existence of sheath plasma waves with an associated resonance. Since the sheath BC is nonlinear and dependent on geometry, computing the sheath potential numerically is a challenging computational problem. Numerical results will be presented from a new parallel-processing finite-element rf wave code for the tokamak scrape-off layer (called "rfSOL"). The code has verified the physics predicted by analytic theory in 1D, and extended the solutions into model 2D geometries. The numerical calculations confirm the existence of multiple roots and hysteresis effects, and parameter studies have been carried out. Areas for future work will be discussed.

    DOI: 10.1063/1.3664959

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    その他リンク: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=84857973915&origin=inward

  • A finite element procedure for multiscale wave equations with application to plasma waves 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno, Klaus-Jürgen Bathe, John C. Wright

    Computers & Structures ( Elsevier B.V. )   88 ( 1-2 )   87 - 94   2010年01月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    A finite element wave-packet procedure is presented to solve problems of wave propagation in multiscale behavior. The proposed scheme combines the advantages of the finite element and spectral methods. The basic formulation is presented, and the capabilities of the procedure are demonstrated through the solution of some illustrative problems, including a problem that characterizes the mode-conversion behavior in plasmas.

    DOI: 10.1016/j.compstruc.2009.05.001

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  • Finite element analysis of interfacial instability in aluminium reduction cells in a uniform, vertical magnetic field 査読有り 国際誌

    H. Kohno, S. Molokov

    International Journal of Engineering Science ( Elsevier B.V. )   45 ( 2-8 )   644 - 659   2007年08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)

    In this paper the interfacial instability in aluminium reduction cells under a uniform, vertical magnetic field is investigated by means of numerical simulation. Shallow-water equations governing the wave motion and the electric field at the interface between two electrically conducting fluids are discretized using a finite element scheme which employs quadratic interpolation functions. For a sufficiently high magnetic field, it is observed that one global maximum and one global minimum of the interface elevation are formed in closed symmetrical and asymmetrical domains irrespective of shape. By taking account of this, an asymptotic expression for the evaluation of the growth rate and the frequency of instability is constructed. The effectiveness of the proposed model is validated through comparison with the numerical results.

    DOI: 10.1016/j.ijengsci.2007.03.016

  • Interfacial instability in aluminium reduction cells in a vertical magnetic field with a transverse gradient to the sidewall 査読有り 国際誌

    H. Kohno, S. Molokov

    Physics Letters A ( Elsevier B.V. )   366 ( 6 )   600 - 605   2007年07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)

    Interfacial instability in a two-fluid system under a vertical magnetic field with a transverse gradient to the sidewall is studied with reference to aluminium reduction cells. Analytical, asymptotic and numerical solutions are obtained for the semi-bounded domain. It is shown that for the magnetic field increasing from a sidewall instability is dominated by the boundary mode, as for the uniform field. In contrast, for the magnetic field decreasing from the sidewall, the most unstable mode is determined mainly by the gradient of the magnetic field.

    DOI: 10.1016/j.physleta.2006.12.074

  • A nine-node quadrilateral FCBI element for incompressible fluid flows 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno, Klaus-Jürgen Bathe

    Communications in Numerical Methods in Engineering ( John Wiley & Sons )   22 ( 8 )   917 - 931   2006年08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)

    We propose a nine-node flow-condition-based interpolation (FCBI) finite element for the analysis of 2D incompressible flows. Emphasis in the FCBI approach is on obtaining an element that is stable and can be used in rather coarse meshes even when considering high Reynolds number flows. The formulation of the element is presented and the results obtained in the solution of some test cases are given.

    DOI: 10.1002/cnm.861

  • A flow-condition-based interpolation finite element procedure for triangular grids 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno, Klaus-Jürgen Bathe

    International Journal for Numerical Methods in Fluids ( John Wiley & Sons )   51 ( 6 )   673 - 699   2006年06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)

    A flow-condition-based interpolation finite element scheme is presented for use of triangular grids in the solution of the incompressible Navier-Stokes equations. The method provides spatially isotropic discretizations for low and high Reynolds number flows. Various example solutions are given to illustrate the capabilities of the procedure.

    DOI: 10.1002/fld.1246

  • Insight into the flow-condition-based interpolation finite element approach: solution of steady-state advection–diffusion problems 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno, Klaus Jürgen Bathe

    International Journal for Numerical Methods in Engineering ( John Wiley & Sons )   63 ( 2 )   197 - 217   2005年05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)

    The flow-condition-based interpolation (FCBl) finite element approach is Studied in the solution of advection-diffusion problems. Two FCBI procedures are developed and tested with the original FCBI method: in the first scheme, a general solution of the advection-diffusion equation is embedded into the interpolation, and in the second scheme, the link-cutting bubbles approach is used in the interpolation. In both procedures, as in the original FCBI method, no artificial parameters are included to reach stability for high Peclet number flows. The procedures have been implemented for two-dimensional analysis and the results of some test problems are presented. These results indicate good stability and accuracy characteristics and the potential of the FCBI Solution approach.

    DOI: 10.1002/nme.1276

  • An application of GSMAC–FEM to coupled natural and Marangoni convection in a square cavity 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno, Takahiko Tanahashi

    International Journal of Computational Fluid Dynamics ( Taylor & Francis )   19 ( 4 )   329 - 335   2005年05月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    This paper presents an efficient numerical scheme for the analysis of coupled natural and Marangoni convection encouraged by the thermal radiation. The novel feature of the proposed algorithm is the introduction of the jump quantity on the free surface into the boundary integration term in the Navier-Stokes equation discretized by the finite element method (FEM). In addition, the generalized simplified marker and cell (GSMAC) method is applied to the solution of the velocity field, which realizes high-speed computation. In order to verify the validity of the present scheme, two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) numerical simulation of coupled natural and Marangoni convection in a square cavity is performed for a wide range of Marangoni number and Grashof number: Numerical results obtained here are in good agreement with the experimental data, and the dominance of Marangoni convection is clearly shown with the increase of Marangoni number.

    DOI: 10.1080/10618560500032764

  • Numerical analysis of thermal melt flow and melt/solid interface shapes in the floating zone method 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno, Takahiko Tanahashi

    International Journal of Computational Fluid Dynamics ( Taylor & Francis )   19 ( 3 )   243 - 251   2005年03月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    Numerical simulation of the thermal melt flow coupled with moving melt/solid interfaces in the floating zone (FZ) method under low gravity is carried out. The novel feature of the proposed algorithm is the application of the arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method to the moving melt/solid interface problem. The governing equations are discretized by the finite element method (FEM), and the velocity field is solved by the generalized simplified marker and cell (GSMAC) method. The developed scheme is employed to investigate the two-dimensional (2D) melt flow and melt/solid interface shapes in various conditions of gravity and surface tension. Through computation, it is revealed that the melt/solid interface shape is greatly affected by the flow configuration and the intensity of convection, Moreover, coupled natural and Marangoni convection reduces the stability of the melt zone; for the conditions in the present study, the flow configuration and the melt/solid interface shape are suddenly changed as soon as natural convection is merged into Marangoni convection as a consequence of increased gravity. The usefulness of the transverse magnetic field in control of the melt flow is also clarified through the comparison with the vertical magnetic field.

    DOI: 10.1080/10618560500032772

  • Numerical analysis of deformed free surface under AC magnetic fields 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno, Takahiko Tanahashi

    International Journal for Numerical Methods in Fluids ( John Wiley & Sons )   46 ( 12 )   1155 - 1168   2004年12月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    A novel numerical scheme for the analysis of large deformation of electrically conducting liquid under alternating current magnetic fields is presented. The main features are characterized by two numerical tools; the level set method to calculate deformed free surface stably and the hybrid finite element method and boundary element method to discretize the electromagnetic field efficiently. Two-dimensional numerical simulation of conducting drop deformation is carried out to demonstrate the effectiveness of the present scheme, and the oscillatory behaviour, which depends on the magnitude of surface tension and Lorentz force, is investigated.

    DOI: 10.1002/fld.793

  • Numerical analysis of moving interfaces using a level set method coupled with adaptive mesh refinement 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno, Takahiko Tanahashi

    International Journal for Numerical Methods in Fluids ( John Wiley & Sons )   45 ( 9 )   921 - 944   2004年07月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    A novel numerical scheme is developed by coupling the level set method with the adaptive mesh refinement in order to analyse moving interfaces economically and accurately. The finite element method (FEM) is used to discretize the governing equations with the generalized simplified marker and cell (GSMAC) scheme, and the cubic interpolated pseudo-particle (CIP) method is applied to the reinitialization of the level set function. The present adaptive mesh refinement is implemented in the quadrangular grid systems and easily embedded in the FEM-based algorithm. For the judgement on renewal of mesh, the level set function is adopted as an indicator, and the threshold is set at the boundary of the smoothing band. With this criterion, the variation of physical properties and the jump quantity on the free surface can be calculated accurately enough, while the computation cost is largely reduced as a whole. In order to prove the validity of the present scheme, two-dimensional numerical simulation is carried out in collapse of a water column, oscillation and movement of a drop under zero gravity. As a result, its effectiveness and usefulness are clearly shown qualitatively and quantitatively. Among them, the movement of a drop due to the Marangoni effect is first simulated efficiently with the present scheme.

    DOI: 10.1002/fld.715

  • 微小重力場におけるFZ法単結晶成長問題(第2報,コイルの位置・巻き数,および表面張力に依存する液柱変形挙動) 査読有り

    河野 晴彦,棚橋 隆彦

    日本機械学会論文集(B編) ( 日本機械学会 )   69 ( 684 )   1746 - 1753   2003年08月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    A novel numerical scheme for the analysis of conducting fluid flow under the alternating current magnetic field is presented. In this scheme, the large deformation problem of a free surface is stably calculated by using the level set method, and the computation of the electromagnetic field is economically carried out by discretizing the governing equations formulated by the A - φ method with hybrid FEM-BEM. With this scheme, the deformation problem of a silicon liquid bridge is analyzed in the non-gravity field. As a result, it is confirmed numerically that the deformation caused by the Lorentz force depends on the relative coil position, number of turns, and the magnitude of surface tension. Moreover, in the real condition, it is observed that the deformation of the free surface is kept small, which corresponds to the theory.

    DOI: 10.1299/kikaib.69.1746

  • Finite element simulation of single crystal growth process using GSMAC method 査読有り 国際誌

    H. Kohno, T. Tanahashi

    Journal of Computational and Applied Mathematics ( Elsevier B.V. )   149 ( 1 )   359 - 371   2002年12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)

    The characteristics of the melt convection and the melt deformation process in two crystal growth techniques, Czochralski (CZ) and floating zone (FZ) methods, are investigated with three-dimensional numerical simulation using generalized simplified marker and cell-finite element method (GSMAC-FEM). Large eddy simulation (LES) with the Smagorinsky model is applied to calculate the melt convection with high Rayleigh numbers in the CZ method, and level set method (LSM) is adopted for the computation of liquid bridge deformation. First, the CZ (LSM) melt convections are investigated with the boundary conditions in terms of the free surface and the rotational rate changed. As a result, it is found that the heat radiation and the Marangoni effect on the free surface encourage the instability of flows, and the Coriolis' force can largely suppress the natural convection. Second, a series of simulations in terms of liquid bridge deformation are carried out with the coil position, coil shape, and the magnitude of surface tension varied. After that, it turns out that those are important factors in the melt shape. Moreover, it is proved numerically that the deformation of the liquid bridge is kept small by the skin effect and large surface tension in the real FZ crystal growth.

    DOI: 10.1016/S0377-0427(02)00543-5

  • Melt flow control in the Czochralski single crystal growth process 査読有り 国際誌

    H. Kohno, T. Tanahashi

    Journal of Visualization ( Springer )   5 ( 3 )   207 - 207   2002年09月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    DOI: 10.1007/BF03182323

  • GSMAC-FEMによる大口径CZ法融液内の熱流動のLES解析 査読有り

    河野 晴彦,棚橋 隆彦

    日本機械学会論文集(B編) ( 日本機械学会 )   68 ( 668 )   1044 - 1051   2002年04月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    Three-dimensional numerical simulations in the large-scale CZ method are carried out to investigate the complicated melt flow. Large Eddy Simulation (LES) is adopted to calculate unsteady, turbulent buoyancy-driven flow fields. When the crucible and the crystal keep static, the melt flow becomes non-axisymmetrical as the temperature of the crucible wall increases because of the instability of the potential energy, and finally it turns out to be turbulent. The oscillation of velocity in the circumferential direction is also observed near the free surface, and it causes the mode transition in the temperature field. On the other hand, when the crucible and the crystal rotate constantly, the natural convection driven by the buoyancy is greatly suppressed because of the large magnitude of Coriolis' force, and the forced convection dominates the flow field.

    DOI: 10.1299/kikaib.68.1044

  • Three-dimensional GSMAC-FEM simulations of the deformation process and the flow structure in the floating zone method 査読有り 国際誌

    H. Kohno, T. Tanahashi

    Journal of Crystal Growth ( Elsevier B.V. )   237–239 ( 3 )   1870 - 1875   2002年04月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    This paper presents an improved level set method (LSM) for the analysis of a free surface deformed in an alternating current magnetic field. Three-dimensional numerical simulations are carried out based on the generalized simplified marker and cell-finite element method (GSMAC-FEM) algorithm to investigate the deformation processes of a Silicon liquid bridge similar to the floating zone (FZ) configuration with the coil position, width. and the magnitude of surface tension changed Under microgravity. The A-phi method is adopted to calculate the physical quantities of the magnetic field, and it is solved by the hybrid finite element method-boundary element method (FEM-BEM). The liquid part at the coil position becomes largely squeezed by the Lorentz force if the magnitude of surface tension is small. and the radius of a liquid bridge varies when a coil moves from the Upper position in height to the middle one. However. the deformation becomes greatly suppressed if the magnitude of surface tension is large because the outward force in proportion to the magnitude of curvature increases. From these results. it is expected that the deformation quantity of a liquid bridge will be rather small in the real FZ process because of large surface tension and a high frequency which causes the skin effect.

    DOI: 10.1016/S0022-0248(01)02206-0

  • 微小重力場におけるFZ法単結晶成長問題(自由表面にLSMを適用したHybrid FEM-BEMによる3次元流動解析) 査読有り

    河野 晴彦,棚橋 隆彦

    日本機械学会論文集(B編) ( 日本機械学会 )   67 ( 658 )   1408 - 1415   2001年06月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    This paper presents the hybrid finite element and boundary element method (FEM-BEM) with a level set method (LSM) for the analysis of a free surface deformed in the alternating current magnetic field. Three-dimensional numerical simulations In the floating zone (FZ) method under microgravity are carried out to investigate the deformation process of a silicon liquid bridge with two types of coil positions, the upper case and the middle case. The results clearly show the deformation processes. The liquid parts which are the same position as each coil yield to pressure caused by strong Lorentz force and both ends swell out. This phenomenon conforms well to behavior of melt in the real growing process qualitatively.

    DOI: 10.1299/kikaib.67.1408

  • Three-dimensional numerical simulation of unsteady Marangoni convection in the CZ method using GSMAC-FEM 査読有り 国際誌

    Haruhiko Kohno, Takahiko Tanahashi

    Computer Modeling in Engineering & Sciences ( Tech Science Press )   2 ( 2 )   155 - 170   2001年06月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)

    Three-dimensional (3D) unsteady numerical simulations are carried out by means of the finite element method (FEM) with the generalized simplified marker and cell (GSMAC) method in silicon melt with a non-deformable free surface with Prandtl number Pr = 1.8534 x 10(-2), Marangoni number Ma = 0.0 - 6.2067 x 10(2), Grashof number Gr = 7.1104 x 10(6), and the aspect ratio As = 1.0 in the Czochralski (CZ) method. The flow state becomes unstable earlier by increasing the absolute value of the thermal coefficient of surface tension in the range of sigma (T) = 0.0 - 1.5 x 10(-5)N/mK. Although the velocity distribution in the circumferential direction is isotropy in any direction first, its magnitude becomes periodic and has the wavelength equal to 1/8 of the circumference. Then the wavelength doubles, and the flow pattern becomes finally asymmetrical. Moreover, the oscillation of the velocity distribution is observed just under the single crystal, and the amplitude is found to depend on the value of sigma (T). After imposing the vertical magnetic field more than 0.05T to the melt from 50s, the flow pattern becomes restored to symmetry. But the instability remains under the single crystal and it indicates that the influence of Marangoni convection can not be neglected in the crystal growing process.

    DOI: 10.3970/cmes.2001.002.155

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著書

口頭発表・ポスター発表等

  • 2次元領域におけるマイクロスケールRFシースモデルに基づくシースの動的挙動解析

    河野 晴彦,J. R. Myra

    第40回プラズマ・核融合学会年会  2023年11月  プラズマ・核融合学会

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    開催期間: 2023年11月27日 - 2023年11月30日   記述言語:日本語   開催地:アイーナ・いわて県民情報交流センター   国名:日本国  

  • Beyond Maxwell-Boltzmann electrons for RF microscale sheath modeling

    J. R. Myra, H. Kohno

    65th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics  2023年11月  American Physical Society

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    開催期間: 2023年10月30日 - 2023年11月03日   記述言語:英語   開催地:Denver, Colorado   国名:アメリカ合衆国  

  • 任意方向の直流磁場下における導電性流体の2次元スロッシング解析

    齊藤 慎也,河野 晴彦

    九州学生会 第54回卒業研究発表講演会  2023年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2023年03月03日   記述言語:日本語   開催地:宮崎大学 工学部   国名:日本国  

  • Two-dimensional extension of the nonlinear microscale fluid model for radio-frequency sheaths

    H. Kohno, J. R. Myra

    24th Topical Conference on Radio-frequency Power in Plasmas  2022年09月  Massachusetts Institute of Technology

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    開催期間: 2022年09月26日 - 2022年09月28日   記述言語:英語   開催地:The Westin Annapolis, Annapolis   国名:アメリカ合衆国  

  • Validity condition for the local sheath impedance boundary condition and a non-local generalization

    J. R. Myra, H. Kohno

    24th Topical Conference on Radio-frequency Power in Plasmas  2022年09月  Massachusetts Institute of Technology

     詳細を見る

    開催期間: 2022年09月26日 - 2022年09月28日   記述言語:英語   開催地:The Westin Annapolis, Annapolis   国名:アメリカ合衆国  

  • Numerical analysis of the time-dependent radio-frequency sheath behavior using a two-dimensional microscale model

    Haruhiko Kohno, James R. Myra

    The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research  2021年11月  National Institute for Fusion Science

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    開催期間: 2021年11月16日 - 2021年11月19日   記述言語:英語   開催地:Online Conference   国名:日本国  

  • Investigation of a two-dimensional microscale RF sheath model

    J. R. Myra, H. Kohno

    63rd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics  2021年11月  American Physical Society

     詳細を見る

    開催期間: 2021年11月08日 - 2021年11月12日   記述言語:英語   開催地:Pittsburgh, Pennsylvania   国名:アメリカ合衆国  

  • Development of a non-linear rf sheath benchmark suite

    J. C. Wright, C. Migliore, J. R. Myra, D. Curreli, D. N. Smithe, T. G. Jenkins, M. L. Stowell, D. L. Green, C. J. Beers, T. Younkin, S. Shiraiwa, N. Bertelli, M. J. Poulos, H. Kohno

    63rd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics  2021年11月  American Physical Society

     詳細を見る

    開催期間: 2021年11月08日 - 2021年11月12日   記述言語:英語   開催地:Pittsburgh, Pennsylvania   国名:アメリカ合衆国  

  • ALE有限要素法による直流磁場下における導電性液滴の振動の数値解析

    澁田 謙太,河野 晴彦

    日本機械学会 2021年度年次大会  2021年09月  日本機械学会

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    開催期間: 2021年09月05日 - 2021年09月08日   記述言語:日本語   開催地:Zoom meetingによるオンライン方式で開催   国名:日本国  

  • 直流磁場下における導電性流体の2次元スロッシング解析

    澁田 謙太,河野 晴彦

    第74期総会・講演会  2021年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2021年03月10日   記述言語:日本語   開催地:Webexによるオンライン方式で開催   国名:日本国  

  • ALE有限要素法による無重力下での液滴の振動の数値解析

    澁田 謙太,河野 晴彦

    第73期総会・講演会  2020年03月  日本機械学会 九州支部

     詳細を見る

    開催期間: 2020年03月13日   記述言語:日本語   開催地:九州産業大学   国名:日本国  

  • 環状流路内における進行磁場により駆動される電磁流体流れの3次元数値解析

    牟禮 良晃,河野 晴彦

    第32回計算力学講演会  2019年09月  日本機械学会

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    開催期間: 2019年09月16日 - 2019年09月18日   記述言語:日本語   開催地:東洋大学 川越キャンパス   国名:日本国  

  • 正方形ダクト内における交流磁場下の3次元電磁流体流れ解析

    坂井 駿介,牟禮 良晃,河野 晴彦

    第32回計算力学講演会  2019年09月  日本機械学会

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    開催期間: 2019年09月16日 - 2019年09月18日   記述言語:日本語   開催地:東洋大学 川越キャンパス   国名:日本国  

  • ALE法を用いた2次元スロッシング解析における安定性向上の検討

    小島 拓人,河野 晴彦

    第32回計算力学講演会  2019年09月  日本機械学会

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    開催期間: 2019年09月16日 - 2019年09月18日   記述言語:日本語   開催地:東洋大学 川越キャンパス   国名:日本国  

  • 交流磁場下の3次元電磁流体流れにおける連成解析手法の検討

    久米川 知也,牟禮 良晃,河野 晴彦

    九州学生会 第50回卒業研究発表講演会  2019年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2019年03月01日   記述言語:日本語   開催地:佐賀大学 理工学部   国名:日本国  

  • 非圧縮性流体解析における時間精度向上のための陽的反復解法

    小波石 崚介,牟禮 良晃,河野 晴彦

    九州学生会 第50回卒業研究発表講演会  2019年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2019年03月01日   記述言語:日本語   開催地:佐賀大学 理工学部   国名:日本国  

  • 進行磁場下における環状流路内の電磁流体流れの3次元数値解析

    牟禮 良晃,河野 晴彦

    第32回数値流体力学シンポジウム  2018年12月  日本流体力学会

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    開催期間: 2018年12月11日 - 2018年12月13日   記述言語:日本語   開催地:機械振興会館   国名:日本国  

  • Calculation of RF sheath properties from surface wave-fields: a post-processing method

    J. R. Myra, J. C. Wright, S. Shiraiwa, H. Kohno

    60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics  2018年11月  American Physical Society

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    開催期間: 2018年11月05日 - 2018年11月09日   記述言語:英語   開催地:Portland, Oregon   国名:アメリカ合衆国  

  • 交流磁場下における非圧縮性電磁流体流れの3次元数値解析

    牟禮 良晃,河野 晴彦

    第23回計算工学講演会  2018年06月  日本計算工学会

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    開催期間: 2018年06月06日 - 2018年06月08日   記述言語:日本語   開催地:ウインクあいち   国名:日本国  

  • 一般化シースモデルを用いたRFシースの解析(理論およびシミュレーション)

    河野 晴彦, James R. Myra

    第7回ICRF加熱研究会  2017年12月  核融合科学研究所

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    開催期間: 2017年12月19日   記述言語:日本語   開催地:核融合科学研究所   国名:日本国  

  • Numerical analysis of radio-frequency sheath-plasma interactions based on a sheath impedance model

    Haruhiko Kohno, James R. Myra

    US-Japan Workshop on RF Physics 2017  2017年09月  General Atomics

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    開催期間: 2017年09月06日 - 2017年09月08日   記述言語:英語   開催地:Doubletree Suites by Hilton Hotel, Santa Monica   国名:アメリカ合衆国  

  • A post-processing method to simulate the generalized RF sheath boundary condition

    J. R. Myra, H. Kohno

    22nd Topical Conference on RF Power in Plasma (RFPPC 2017)  2017年05月  CEA Institute for Magnetic Fusion Research

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    開催期間: 2017年05月30日 - 2017年06月02日   記述言語:英語   開催地:Centre de Congres, Aix-en-Provence   国名:フランス共和国  

  • MPIおよびCUDAによる熱流体解析の高速化

    宇都 信一,河野 晴彦

    第70期総会・講演会  2017年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2017年03月14日   記述言語:日本語   開催地:佐賀大学 理工学部   国名:日本国  

  • ベクトル有限要素法を用いた交流磁場下における3次元電磁流体解析

    牟禮 良晃,河野 晴彦

    第70期総会・講演会  2017年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2017年03月14日   記述言語:日本語   開催地:佐賀大学 理工学部   国名:日本国  

  • 2次元移流問題におけるCIP法に基づく離散化手法の比較

    河野 雄太,河野 晴彦

    第70期総会・講演会  2017年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2017年03月14日   記述言語:日本語   開催地:佐賀大学 理工学部   国名:日本国  

  • 一般化シースモデルを用いたRF波動とシースの連成シミュレーション

    河野 晴彦, James R. Myra

    第6回ICRF加熱研究会  2016年12月  核融合科学研究所

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    開催期間: 2016年12月27日   記述言語:日本語   開催地:核融合科学研究所   国名:日本国  

  • An improved RF-sheath boundary condition and implications for ICRF modeling

    J. R. Myra, H. Kohno

    26th IAEA Fusion Energy Conference  2016年10月  国際原子力機関

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    開催期間: 2016年10月17日 - 2016年10月22日   記述言語:英語   開催地:国立京都国際会館   国名:日本国  

  • Numerical investigation of radio-frequency sheath-plasma interaction with a shaped tokamak wall

    Haruhiko Kohno, James R. Myra, Daniel A. D'Ippolito

    US-Japan Workshop on RF Heating Physics 2016  2016年05月  核融合科学研究所

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    開催期間: 2016年05月18日 - 2016年05月20日   記述言語:英語   開催地:ボルファートとやま   国名:日本国  

  • 流れの有限要素法による自由表面の変形を有する電磁流体の数値解析

    梶山 祐甫,河野 晴彦

    第69期総会・講演会  2016年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2016年03月15日   記述言語:日本語   開催地:熊本大学 工学部   国名:日本国  

  • CUDAによる電磁熱流体解析の高速化

    迫田 卓,河野 晴彦

    第69期総会・講演会  2016年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2016年03月15日   記述言語:日本語   開催地:熊本大学 工学部   国名:日本国  

  • ハイブリッド並列による電磁熱流体解析の高速化

    迫田 卓,宇都 信一,河野 晴彦

    第68期総会・講演会  2015年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2015年03月13日   記述言語:日本語   開催地:福岡大学 工学部   国名:日本国  

  • 直流磁場下における上昇気泡の数値解析

    田中 宏幸,河野 晴彦

    第68期総会・講演会  2015年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2015年03月13日   記述言語:日本語   開催地:福岡大学 工学部   国名:日本国  

  • ベクトル有限要素法を用いた一様磁場下における3次元電磁熱流体解析

    牟禮 良晃,河野 晴彦

    九州学生会 第46回卒業研究発表講演会  2015年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2015年03月03日   記述言語:日本語   開催地:北九州工業高等専門学校   国名:日本国  

  • Radio-frequency sheath-plasma interactions in a semi-realistic tokamak model

    Haruhiko Kohno, James R. Myra, Daniel A. D'Ippolito

    第12回核燃焼プラズマ統合コード研究会  2014年12月  九州大学 応用力学研究所

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    開催期間: 2014年12月11日 - 2014年12月12日   記述言語:英語   開催地:九州大学 筑紫キャンパス   国名:日本国  

  • 流れの有限要素法に適用しうる新たな近似法の評価

    梶山 祐甫,河野 晴彦

    九州学生会 第45回卒業研究発表講演会  2014年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2014年03月04日   記述言語:日本語   開催地:九州大学 伊都キャンパス   国名:日本国  

  • 流れの有限要素法に適応しうる安定化手法の評価

    内田 渡,河野 晴彦

    九州学生会 第45回卒業研究発表講演会  2014年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2014年03月04日   記述言語:日本語   開催地:九州大学 伊都キャンパス   国名:日本国  

  • ベクトル有限要素法を用いた電磁熱流体の数値解析

    迫田 卓,河野 晴彦

    九州学生会 第45回卒業研究発表講演会  2014年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2014年03月04日   記述言語:日本語   開催地:九州大学 伊都キャンパス   国名:日本国  

  • 有限要素法によるマランゴニ対流の数値解析

    岩永 貴裕,河野 晴彦

    九州学生会 第45回卒業研究発表講演会  2014年03月  日本機械学会 九州支部

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    開催期間: 2014年03月04日   記述言語:日本語   開催地:九州大学 伊都キャンパス   国名:日本国  

  • Radio-frequency sheath-plasma interactions in the ion cyclotron range of frequencies

    Haruhiko Kohno, James R. Myra, Daniel A. D'Ippolito

    第11回核燃焼プラズマ統合コード研究会  2013年12月  九州大学 応用力学研究所

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    開催期間: 2013年12月19日 - 2013年12月20日   記述言語:英語   開催地:九州大学 筑紫キャンパス   国名:日本国  

  • Radio-frequency sheath-plasma interactions with magnetic field tangency points along the sheath surface

    Haruhiko Kohno, James R. Myra, Daniel D. D'Ippolito

    8th Japan-Korea Workshop on Modeling and Simulation of Magnetic Fusion Plasmas  2013年08月  京都大学

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    開催期間: 2013年08月19日 - 2013年08月20日   記述言語:英語   開催地:京都大学 百周年時計台記念館   国名:日本国  

  • Role of magnetic field tangency points in ICRF sheath interactions

    J. R. Myra, D. A. D'Ippolito, H. Kohno

    20th Topical Conference on Radio Frequency Power in Plasmas  2013年06月  Associazione ENEA-Euratom sulla Fusione

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    開催期間: 2013年06月25日 - 2013年06月28日   記述言語:英語   開催地:Hotel Parco dei Principi, Sorrento   国名:イタリア共和国  

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工業所有権

  • 気泡又は介在物もしくは双方の除去装置及び除去方法

    河野 晴彦

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    出願番号:特願2020-150503  出願日:2020年09月08日

  • 気泡又は介在物もしくは双方の除去方法

    河野 晴彦, 岩永 貴裕

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    出願番号:特願2017-92912  出願日:2017年05月09日

    登録番号:特許第6948691号  登録日:2021年09月24日

講演

  • オンオフ切替式コイルを適用した気泡・介在物除去技術

    九州工業大学新技術説明会  2020年12月  科学技術振興機構、九州工業大学

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    発表言語:日本語   講演種別:招待講演   開催地:Zoomビデオウェビナーによるオンライン開催  

  • 昇降式コイルを適用した連続鋳造における新たな気泡除去技術

    九州工業大学新技術説明会  2016年12月  科学技術振興機構、九州工業大学

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    発表言語:日本語   講演種別:招待講演   開催地:JST東京本部別館1Fホール(東京・市ケ谷)  

  • Radio-frequency sheath-plasma interactions in the ion cyclotron range of frequencies

    核融合プラズマ研究セミナー  2015年06月 

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    発表言語:日本語   講演種別:招待講演   開催地:核融合科学研究所  

報道関係

学術関係受賞

  • The Young Researcher Fellowship Award for exemplary research in computational mechanics

    The Third M.I.T. Conference on Computational Fluid and Solid Mechanics   2005年06月14日

    H. Kohno

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    受賞国:アメリカ合衆国

  • 日本機械学会奨励賞(技術)2001年度

    日本機械学会   電磁場連成自由界面高精度FEMスキームの開発   2002年04月08日

    河野 晴彦

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    受賞国:日本国

科研費獲得実績

  • 磁力線と壁面の接点を有するマイクロスケールRFシースモデルの開発

    研究課題番号:22K03577  2022年04月 - 2025年03月   基盤研究(C)

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    これまでに開発してきた2次元マイクロスケールRFシースモデルを、磁力線と壁面の接点を有する場合にも適用できるように拡張し、その接点近傍で大きく変化することが予想されるシースの性質を明らかにすることを目的とする。具体的には、電子の運動を表す方程式を再考し、さらに、影領域を考慮してイオンの分布を求める数値計算スキームを開発する。

  • 磁力線と壁面がなす任意の角度に適用可能なRFシースの計算手法の開発

    研究課題番号:19K03793  2019年04月 - 2022年03月   基盤研究(C)

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    マクロスケールにおけるシースとプラズマ波の相互作用を計算する際に、シース幅の時間平均値とシース表面の曲率半径が同程度となるような領域が含まれる場合、従来のシース境界条件をそのような領域の境界に課すことはできない。そこで本研究では、導体壁の隆起を考慮した2次元マイクロスケールRFシースモデルを開発し、1次元モデルでは得られなかった知見を広げ、シース境界条件を改良するための指針を得ることを目的とする。

  • トカマクプラズマにおけるRF波動とシースの連成シミュレーション

    研究課題番号:16K18336  2016年04月 - 2019年03月   若手研究(B)

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    トカマクポロイダル面におけるプラズマ波とRFシースの相互作用を計算する大規模並列有限要素スキームを拡張、改良し、数種の周波数帯にわたる加熱法に対応する導体壁面上の高シース電圧及び高電力密度の発生メカニズムを明らかにすることを目的とする。

海外研究歴

  • トロイダルプラズマ輸送解析およびRFシースとプラズマの相互作用に関する研究

    リーハイ大学  アメリカ合衆国  研究期間:  2011年07月 - 2012年06月

  • 有限波束法の開発、およびRFシースの定量的評価手法の構築

    マサチューセッツ工科大学  アメリカ合衆国  研究期間:  2006年09月 - 2011年05月

  • 交流磁場を用いたアルミニウム精錬における界面波動の安定化と計算手法の開発

    コヴェントリー大学  グレートブリテン・北アイルランド連合王国(英国)  研究期間:  2005年05月 - 2006年07月

  • 四角形要素および三角形要素に適用可能な新たなFCBI法の開発

    マサチューセッツ工科大学  アメリカ合衆国  研究期間:  2003年08月 - 2005年01月

担当授業科目(学内)

  • 2023年度   電磁気学特論

  • 2023年度   熱力学(P)

  • 2023年度   微分方程式

  • 2023年度   情報工学基礎実験

  • 2022年度   電磁気学特論

  • 2022年度   熱力学(P)

  • 2022年度   微分方程式

  • 2022年度   情報工学基礎実験

  • 2022年度   物理情報セミナー

  • 2021年度   熱力学(P)

  • 2021年度   微分方程式

  • 2021年度   情報工学基礎実験

  • 2021年度   物理情報セミナー

  • 2020年度   物理情報セミナー

  • 2020年度   電磁気学特論

  • 2020年度   熱力学(P)

  • 2020年度   微分方程式

  • 2020年度   情報工学基礎実験

  • 2019年度   熱流動システム

  • 2019年度   熱力学(P)

  • 2019年度   熱力学

  • 2019年度   微分方程式

  • 2019年度   情報工学基礎実験

  • 2018年度   電磁気学特論

  • 2018年度   熱流動システム

  • 2018年度   熱力学

  • 2018年度   情報工学概論

  • 2018年度   情報工学基礎実験

  • 2017年度   熱流動システム

  • 2017年度   熱力学

  • 2017年度   離散数学

  • 2016年度   熱力学

  • 2016年度   離散数学

  • 2016年度   熱流動システム

  • 2016年度   電磁気学特論

  • 2015年度   離散数学

  • 2015年度   熱力学

  • 2015年度   熱流動システム

  • 2015年度   電磁気学特論

  • 2014年度   熱力学

  • 2014年度   熱流動システム

  • 2014年度   電磁気学特論

  • 2013年度   基礎物理学・同演習

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教育活動に関する受賞・指導学生の受賞など

  • Lectures of the Year(令和4年度)

    九州工業大学 情報工学部  

    2023年07月23日

    河野 晴彦

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    受賞国:日本国

    2年次必修科目「微分方程式」の講義が選出され,表彰

  • Lectures of the Year(令和元年度)

    九州工業大学 情報工学部  

    2020年07月20日

    河野 晴彦

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    受賞国:日本国

    2年次必修科目「微分方程式」の講義が選出され,表彰

  • Lectures of the Year(平成29年度)

    九州工業大学 情報工学部  

    2018年06月18日

    河野 晴彦

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    受賞国:日本国

    1年次必修科目「離散数学」の講義が選出され,表彰

  • Lectures of the Year(平成28年度)

    九州工業大学 情報工学部  

    2017年06月17日

    河野 晴彦

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    受賞国:日本国

    1年次必修科目「離散数学」の講義が選出され,表彰

  • Lectures of the Year(平成27年度)

    九州工業大学 情報工学部  

    2016年06月16日

    河野 晴彦

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    受賞国:日本国

    1年次必修科目「離散数学」の講義が選出され,表彰

  • Lectures of the Year(平成25年度)

    九州工業大学 情報工学部  

    2014年06月14日

    河野 晴彦

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    受賞国:日本国

    1年次必修科目「基礎物理学・同演習」の講義が選出され,表彰

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社会貢献活動(講演会・出前講義等)

  • 核融合発電の実現を目指して

    役割:講師

    九州工業大学 情報工学部  第56回サイエンスカフェ  九州工業大学 飯塚キャンパス  2020年12月18日

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    対象: 大学生, 大学院生, 社会人・一般

    種別:サイエンスカフェ

    第56回サイエンスカフェにおいて、上記の題目で講演を行った。前半は電力の問題やこれまでの主な発電方法についてまとめ、後半は核融合発電の特徴および現状を分かりやすくお話しした。当日は20名程度の参加であったが、「2050年温室効果ガスの排出を実質ゼロにする」とはどういうことか、などを考えるきっかけになったのであれば嬉しく思う。

その他国際交流活動

  • アメリカ・Clarkson大学との国際ロボット競技による交流プログラム

    活動期間: 2013年11月

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    情報工学部の学生4名が、河野晴彦准教授の引率で渡米し、Clarkson大学の教員や学生の案内でボストン近郊のロボット関連の企業と同大学を訪れた。「ロボット競技」という一つの目的に向かって、Clarkson大学の同世代の若者と協力しあい、専門分野における英語のコミュニケーションとともに、異文化に触れる充実した時間を過ごすことができた。