Multi-phase Flow Analysis Using Particle Method

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MPS(Moving Particle Semi-implicit)法を用いて界面の大変形を伴う混相流解析の研究を行った。(1) 二流体界面の混合の解析と評価：レイリー・テイラー不安定の解析を２次元で行い、界面面積の増加を評価した。さらに、流体の密度が逆転して最終的に落ち着くまで計算を進めることができた。(2) Particle Shiftingを用いた界面形状の平滑化：界面形状の平滑化に対して、新たに粒子交換法を着想した。粒子交換法では、２種類の流体の界面近傍で、界面形状を乱している粒子同士を交換することで界面形状を滑らかにする方法である。Particle Shiftingと異なり粒子位置に変化が無いため、数値的な不安定性が発生することがない。粒子交換法をレイリー・テイラー不安定性の計算に適用して、界面形状を滑らかにすることができた。また、全体的な計算結果への影響が小さいことも確認した。(3) DEM-MPS法による気液混相流解析手法の開発：当初は分散相をDEM、連続相をMPS法で解析する予定であったが、新たに連続相に粒子を配置しない方法を着想した。この場合、広い空間の全体を計算する必要が無くなり、極めて高速な混相流の計算が可能になると期待できる。連続相と分散相の相対速度に対する抗力をモデル化して分散相にかけることで、混相流として扱うことができる。単一液滴を含む流れにおいて液滴のみに流体粒子を配置して計算を行い、妥当な結果を得ることができた。