Study of non-similarity in multiphase turbulent transport on the basis of unified averaging equations

混相流と乱流の物理モデルの統合を目標として、混相および乱れに対して明示的に定義された共通の空間フィルターで粗視化する統合平均方程式を構築する。これまでに実施されている混相乱流のラージ エディ シミュレーション（LES）では、乱流と混相に対してそれぞれの従来型モデルが流用・結合されるのが現状であり、混相乱流としての統一的な扱いは完成されていない。そこで、検査体積と各相体積率の変化を考慮した統合平均の方法を提案するための研究を開始した。2022年度の研究成果は以下のとおりである：（１）大規模直接数値計算（DNS）によるデータベースを構築するため、2019年度に作った単相乱流計算コードに対して、2020年度には固体粒子モデル、さらに2021年度には伝熱モデルを組み込むことにより、高濃度固液二相乱流伝熱の計算プログラムを完成させた。2022年度から、温度差のある鉛直平行平板間の単相および固液二相の乱流について、長時間の時間進行を実行し、DNSデータベースの構築を開始した。（２）高濃度の固液二相流を扱うためには固体粒子間の狭隘流路におけるスクイズ流れの影響が大きくなるので、潤滑が支配的な流れ場まで適用できるよう、独自の拡張潤滑モデルを組み込んで埋め込み境界法を発展させた。また、拡張潤滑モデルを壁面の滑りを考慮した形に発展させた（2023年度にMicrofluidics and Nanofluidicsに掲載予定）（３）混相乱流の統一的な平均化方程式の構築に向けては、粒子の表面応力の非等方性を考慮した粒子-流体の相互作用モデルを導いた。また、乱流のサブグリッドスケール（SGS）モデルに関する提案を学術雑誌で公表した。

混相流と乱流の物理モデルの統合を目標として、混相および乱れに対して明示的に定義された共通の空間フィルターで粗視化する統合平均方程式を構築する。これまでに実施されている混相乱流のラージ エディ シミュレーション（LES）では、乱流と混相に対してそれぞれの従来型モデルが流用・結合されるのが現状であり、混相乱流としての統一的な扱いは完成されていない。そこで、検査体積と各相体積率の変化を考慮した統合平均の方法を提案するための研究を開始した。2022年度の研究成果は以下のとおりである：（１）大規模直接数値計算（DNS）によるデータベースを構築するため、2019年度に作った単相乱流計算コードに対して、2020年度には固体粒子モデル、さらに2021年度には伝熱モデルを組み込むことにより、高濃度固液二相乱流伝熱の計算プログラムを完成させた。2022年度から、温度差のある鉛直平行平板間の単相および固液二相の乱流について、長時間の時間進行を実行し、DNSデータベースの構築を開始した。（２）高濃度の固液二相流を扱うためには固体粒子間の狭隘流路におけるスクイズ流れの影響が大きくなるので、潤滑が支配的な流れ場まで適用できるよう、独自の拡張潤滑モデルを組み込んで埋め込み境界法を発展させた。また、拡張潤滑モデルを壁面の滑りを考慮した形に発展させた（2023年度にMicrofluidics and Nanofluidicsに掲載予定）（３）混相乱流の統一的な平均化方程式の構築に向けては、粒子の表面応力の非等方性を考慮した粒子-流体の相互作用モデルを導いた。また、乱流のサブグリッドスケール（SGS）モデルに関する提案を学術雑誌で公表した。