流体物理洗浄における付着粒子のはく離メカニズムに関する数値シミュレーション

流体物理清洗中粘附颗粒脱离机理的数值模拟

• 批准号: 17J02211
• 负责人: 近藤 智貴
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17J02211/
• 关键词: 混相流; 数値流体力学; 気泡崩壊; 液滴衝突; 壁面せん断流; 物理洗浄; 粒子はく離; 流体物理洗浄; 高速液滴衝突; 粒子付着力; 直接数値解析; 粒子レイノルズ数; 滑り壁モデル

研究計画に従い，超音波洗浄技術においてキャビテーションが物理洗浄メカニズムへもたらす寄与を議論した．特に，壁近傍に初生した気泡が非球形崩壊する際のマイクロジェットおよび壁面せん断流の形成に着目した．本研究ではキャビテーション気泡群を微視的に観察する必要があるため，単一気泡ならびに2気泡の崩壊について数値シミュレーションを行った．物理モデル構築にあたり，対象は慣性および圧縮性が支配的なため，気液の流れ場を同時に解くことが重要である．さらに粘性の影響を正確に考慮することが本研究の遂行にあたっては不可欠である．よって圧縮性ナビエ・ストークス方程式の多相流モデルが支配方程式となる．解析領域は全て3次元にて行った．多相流モデルでは気泡のボイド率の移流を解くことで気液界面を捕獲するが，気泡崩壊過程では界面数値拡散が深刻となるため，体積弾性率に基づく補正項を導入した．数値モデルとしてハイブリッド型の衝撃波界面捕獲法を採用した．すなわち圧力・ボイド率の不連続的な変化が生じる領域でのみ5次精度WENO法を用い，変化が滑らかな領域では4次精度中心差分を行った．結果として，単一気泡崩壊について壁方向に向かうマイクロジェットの形成を数値的に確認した．それには強い壁面せん断応力の発達が付随することも確認した．この壁面せん断応力は気泡壁面間距離をパラメータとした際,距離の増加に伴って指数関数的に減衰した．一方，壁に対して水平に隣接する2気泡の崩壊では，マイクロジェットは他方の気泡に引き寄せられ，壁に対する直接衝突が妨げられた．そのため壁面せん断応力は単一気泡のケースと比較して半分以下に減衰した．実現象としてキャビテーションは無数の気泡群を伴うことから，気泡間相互干渉によって壁面せん断流の形成が阻害されるという知見はきわめて有意義である．

Research project, ultrasonic cleaning technology, physical cleaning, ultrasonic cleaning technology, send and discuss. Special feature, the wall is close to the wall and the bubble is born, the non-spherical collapse is formed, the wall is broken, the flow is broken, and the eye is formed. This study is based on the micro-viewing of the bubble group, which is necessary for this study.単一気波ならびに2気波の壊について数夤シミュレーションを行った． The physical structure is the same, the inertia of the image is controlled by the compressibility, and the flow field of the liquid is simultaneously solved and the important solution is the same. The influence of viscosity should be taken into account correctly and the implementation of this study should not be underestimated.よって Compression property ナビエ・ストークス equation のmultiphase flow モデルが dominated equation となる. The field of analysis is full of 3 dimensions. Multi-phase flow, the flow rate of the multi-phase flow, the flow rate, the flow rate, the solution, the liquid interface, the capture, the collapse of the bubbles In the process of expansion, the number of interfaces is reduced, and the volume elasticity rate is based on the correction term. The correction term is imported. The numerical shock wave interface capture method of the としてハイブリッド type is adopted.すなわち姧力・ボイドratioの不连続的な変化が生じる区でのみ5-time accuracy The WENO method is used, and the field of change is smooth and the center difference is 4 times accurate. As a result, the direction of the bubble collapse and the direction of the wall are determined and the number of values ​​​​formed is confirmed.それには strong いwall surface せんbreaker 応力 の発达がpays with することもconfirmation した. The distance between the wall surfaces of the bubble is determined by the breaking force of the wall surface. On one side, the wall is horizontal and adjacent to the wall, and the wall is adjacent to the wall. It's a direct conflict between the other side and the direct conflict between the wall and the wall.そのためwall surface せんbreaker power は単一気気のケースと comparison してless than half a minute に attenuation した. The phenomenon is caused by a group of countless bubbles that interfere with each other. The wall surface is cut off and the current is blocked.

项目成果

壁面近傍気泡の崩壊時に形成されるせん断流に関する数値解析

壁面附近气泡破裂时形成剪切流的数值分析

• 发表时间: 2018
• 作者: 近藤 智貴;安藤 景太
• 通讯作者: 安藤 景太

University of Michigan(米国)

密歇根大学（美国）

Numerical investigations of shear flow generated by collapsing bubbles near a rigid wall

刚性壁附近气泡破裂产生的剪切流的数值研究

• 发表时间: 2018
• 作者: Tomoki Kondo;Shahaboddin Alahyari Beig;Eric Jonhsen;Keita Ando
• 通讯作者: Keita Ando

Simulation of High-Speed Droplet Impact Against Dry Substrates with Partial Velocity Slip

具有部分速度滑移的高速液滴对干燥基材的冲击模拟

• 发表时间: 2017
• 作者: Tomoki Kondo;Shahaboddin Alahyari Beig;Eric Jonhsen;Keita Ando;Tomoki Kondo and Keita Ando
• 通讯作者: Tomoki Kondo and Keita Ando