Innovative CFD simulation for multiphase flows including free surfaces

针对包括自由表面在内的多相流的创新 CFD 模拟

• 批准号: 19H05613
• 负责人: 青木 尊之
• 金额: $ 124.55万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-06-26 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H05613/
• 关键词: 混相流シミュレーション; 液膜・泡沫; AMR; 流木・瓦礫; 液架橋; あ; 自由界面; 混相流; 液膜; 流木; 泡沫; 弱圧縮性流体計算; 界面活性; 流木補足; GPU; LBM; 非ニュートン性流体

本研究は、① 多量の瓦礫や流木を含んだ流れの斜面災害のシミュレーション、② 液膜のダイナミクスおよび泡沫の生成・崩壊のシミュレーション、③ 粒子間の液架橋を直接計算するスラリーの固気液分散系シミュレーションから構成される。① 八戸工大の循環水路での実験に対する検証計算では、模擬流木が捕捉され流路が狭くなり、滝のように流れる様子が再現でき、さらに1本の模擬流木が滝つぼに捕捉されるところまで実験とシミュレーションが一致する結果を得た。岩手県岩泉町乙茂地区の2016年風10号による洪水氾濫に対し、920m×280mの範囲の実地形を元に最細20cm格子を用いる大規模シミュレーションを実施した。1000本と2000本の流木を氾濫領域に流入させ、その捕捉や流れへの影響評価を開始した。② 液膜のダイナミクスを解析するための詳細なシミュレーションにおいて、流体力学的には時間とともに液膜内部の流量が減少することにより薄膜化し液膜が表面張力により破断するはずであるが、数値計算が原因のSpurious Current の影響が大きく、これを大幅に低減する計算手法の導入が必要であることが分かった。マルチ・フェーズフィールド法による泡沫形成のシミュレーションでは、攪拌などにより分裂した気泡の数値計算が原因の再合一を阻止する計算手法の開発を進めた。また、熱輸送を考慮する気液二相流シミュレーションに着手した。③ 水分を含んだ粉体の流動特性を解析するため、粒子間の液架橋を気液二相流として直接計算するシミュレーションを進めた。容器内の下方に水分を含んだ125個の粒子がパッキングして配置し、加振を模擬した加速度を周期的に与える計算を行った。時間とともに液架橋の範囲が広がることを確認した。また、液架橋が形成されている粒子間において、粒子間距離が近づいた時に作用する潤滑力を検討した。

This study is composed of: (1) the solution of slope disaster caused by multi-volume debris flow;(2) the solution of liquid film formation and foam formation;(3) the solution of solid-liquid dispersion system caused by direct calculation of liquid bridge between particles; (1) The test results of the circulation water path of the Hachito University of Technology are consistent with those of the simulation flow path and the simulation flow path. In the 2016 typhoon No. 10 in the Otomo area of Iwate Prefecture, a large-scale flood control project was carried out in the area of 920m×280m with the smallest 20cm grid. 1000 to 2000 This year's flood field inflow, capture and impact assessment began 2. The detailed analysis of liquid film and the calculation method of fluid dynamics are necessary to reduce the flow rate inside the liquid film and to reduce the flow rate inside the liquid film. The development of calculation methods for foam formation, agitation, and numerical calculation of the causes and re-integration of foam formation is progressing. The heat transfer process is considered to be a two-phase flow process. (3) Analysis of flow characteristics of water containing powder, liquid bridging between particles, liquid two-phase flow and direct calculation of flow characteristics The water content in the lower part of the container contains 125 particles, which are arranged in different ways, and the acceleration is simulated and calculated in different ways. Time to get started When the liquid bridge is formed, the lubricating force between particles is discussed.

项目成果

AMR法を導入した格子ボルツマン法を用いた噴流によるピンポン玉の浮遊シミュレーション

结合AMR方法的格子玻尔兹曼法模拟射流引起的乒乓球漂浮

• 发表时间: 2019
• 作者: 渡辺勢也;青木尊之;Yang Kai;小林宏充
• 通讯作者: 小林宏充

A robust and interface preserving formulation for compressible multiphase flows

用于可压缩多相流的稳健且保留界面的公式

• 发表时间: 2019
• 作者: 松下 真太郎;青木 尊之;大橋遼河，渡辺勢也，青木尊之，佐山将太朗，田中博人;Seiya Watanabe and Takayuki Aoki;F.Xiao;F.Xiao and X.Deng
• 通讯作者: F.Xiao and X.Deng

個別要素法のできること

离散元法可以做什么

• 发表时间: 2022
• 期刊: 地盤工学会誌
• 作者: Takaki Tomohiro;Sakane Shinji;Ohno Munekazu;Shibuta Yasushi;Aoki Takayuki;森口周二
• 通讯作者: 森口周二

Probabilistic tsunami hazard assessment with simulation-based response surfaces

使用基于模拟的响应面进行概率海啸灾害评估

• DOI: 10.1016/j.coastaleng.2020.103719
• 发表时间: 2020
• 期刊: Coastal Engineering
• 影响因子: 4.4
• 作者: Kotani T.;Tozato K.;Takase S;Moriguchi S.;Terada K.;Fukutani Y.;Otake Y.;Nojima K.;Sakuraba M.;Choe Y.
• 通讯作者: Choe Y.

高性能phase-field格子ボルツマン計算によるデンドライトフラグメンテーションに対する自然対流の影響評価

使用高性能相场晶格玻尔兹曼计算评估自然对流对枝晶破碎的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 高木 知弘;坂根 慎治;青木 尊之
• 通讯作者: 青木 尊之