拡張潤滑理論による分散混相流中の非平衡輸送問題への展開

本研究課題では、流体中に分散的に存在する界面が近接する際に発生する潤滑に由来する効果が、流れ場全体に及ぶような影響を与えることを、数値計算と実験を通して解析し、代表者が提案した拡張潤滑モデルを通して理解する。2022年度は、拡張潤滑モデルをすべり壁（slip wall）で囲まれた流路へ拡張した。従来のno-slip壁に対するモデルと比べて、あたかもno-slip壁が壁垂直方向にシフトした項を加えることによってすべり壁の影響を取り込むことができることを示した。興味深いのは、すべり壁であることは、潤滑圧の低次成分が従う方程式においては追加の項を発生させるが、高次成分が従う式は（no-slip系と同じく）ポアゼイユ成分とクエット成分のみから成る点である。独自の問題設定において当該モデルと高精度数値解を比較することにより、誤差の評価を行い、モデルの有効性と適用範囲を示した。また可変形セル状粒子を狭隘路で流した際の粒子表面における膜透過流束を求める数値解法を開発した。粒子が狭隘路を通過する際の潤滑圧によって、粒子は局所的に大きな曲率を有する特徴的な形状を示し、膜透過流束が局所的に変化することを数値的に見出した。潤滑が支配的な環境下における非平衡輸送現象の特徴の一つであると言える。さらに一定速度で移動する壁面上に滴下した液滴を浮遊させる問題に拡張潤滑モデルを適用し、液滴表面に不安定波が発生する条件を示した。さらに粒子混相流における実用的な潤滑アルゴリズムの構築の試みについて二通りのアイデアを提案し、数値計算コードへの実装を行い精度や計算効率、適用範囲などの比較を行った。

本研究課題では、流体中に分散的に存在する界面が近接する際に発生する潤滑に由来する効果が、流れ場全体に及ぶような影響を与えることを、数値計算と実験を通して解析し、代表者が提案した拡張潤滑モデルを通して理解する。2022年度は、拡張潤滑モデルをすべり壁（slip wall）で囲まれた流路へ拡張した。従来のno-slip壁に対するモデルと比べて、あたかもno-slip壁が壁垂直方向にシフトした項を加えることによってすべり壁の影響を取り込むことができることを示した。興味深いのは、すべり壁であることは、潤滑圧の低次成分が従う方程式においては追加の項を発生させるが、高次成分が従う式は（no-slip系と同じく）ポアゼイユ成分とクエット成分のみから成る点である。独自の問題設定において当該モデルと高精度数値解を比較することにより、誤差の評価を行い、モデルの有効性と適用範囲を示した。また可変形セル状粒子を狭隘路で流した際の粒子表面における膜透過流束を求める数値解法を開発した。粒子が狭隘路を通過する際の潤滑圧によって、粒子は局所的に大きな曲率を有する特徴的な形状を示し、膜透過流束が局所的に変化することを数値的に見出した。潤滑が支配的な環境下における非平衡輸送現象の特徴の一つであると言える。さらに一定速度で移動する壁面上に滴下した液滴を浮遊させる問題に拡張潤滑モデルを適用し、液滴表面に不安定波が発生する条件を示した。さらに粒子混相流における実用的な潤滑アルゴリズムの構築の試みについて二通りのアイデアを提案し、数値計算コードへの実装を行い精度や計算効率、適用範囲などの比較を行った。