Effect of turbulence on the lift force acting on rising bubbles

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2019年度は，気泡の等価直径が約0.5mm，1mm，5mm の３つの場合を対象に，気泡界面の変形を考慮した数値シミュレーションを実施し，上昇気泡の一様せん断乱流中での運動を調べた．直径約 0.5mm の気泡に関しては，前年度は界面が汚染された気泡の計算を行ったが，2019年度は純水中の気泡を想定した計算を実施した．その結果，乱流中の上昇気泡の水平移動は，汚染された気泡の場合と同様に，層流中のそれとは逆方向であることがわかった．また，乱流中での気泡の平均水平速度は，汚染された気泡に比べて高速であることが明らかとなった．これらの結果は，30th International Symposium on Transport Phenomena (ISTP30) で発表した．直径約 1mm の気泡に関しては，人為的に界面張力を弱めた計算も行い，気泡の変形度と気泡の水平移動の関係についても調べている．前年度には，乱流の効果により気泡の平均水平速度の絶対値が低下することが判明したが，それが気泡の後流渦と乱流との相互作用によるものであることが判明した．また，平均揚力係数の絶対値も乱流の影響で減少することが明らかとなった．これらの結果は，第7回アジア計算熱流体シンポジウムにおいて発表した．等価直径 5mm の気泡に関しては，単一気泡のせん断流における運動を調べた．1mm程度の気泡の場合と比較して，気泡周辺には複雑な渦構造が形成され，気泡の揺動運動も複雑化することがわかった．また，1mm程度の気泡の場合と同様に，乱流中では層流中と比較して揚力係数の絶対値が減少することがわかった．これらの結果は，10th International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transferで発表の予定である．