移動境界問題に対する数値解析手法の開発と混相流への適用

移动边界问题数值分析方法的发展及其在多相流中的应用

基本信息

批准号：
09750182
负责人：
高木周
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo (1998)Tokyo Institute of Technology (1997)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

境界形状の変化を伴う流れは,気泡や液滴・粒子を含む流れ,弾性管内の流れ,移動壁を伴う流れなど流体機械を始め,工学上重要となる様々な装置で見受けられる.そのため.これら移動境界流れを高精度で高速・安定に計算する手法の開発が望まれている.Level Set法,高精度VOF法,CIP法,Tryggvasonの界面追跡法など,矩形格子を用いたいくつかの新しい手法が最近開発されて来ているが,本研究では,これらの手法と著者らが開発してきた境界適合格子による手法との比較を行った.その結果,混相流の平均化方程式をモデリングする際重要となる,個々の気泡の挙動のシミュレーションに関しては,上記の新しい手法で十分信頼できる結果を提供できることを確認した.しかし,個々の気泡や粒子に働く力や,界面に付着する不純物の影響などを定量的に評価する場合には,気泡(粒子)表面近傍の薄い境界層を精度よく再現することが重要であり,そのためには境界適合格子を用いた手法が有力であることを示した.さらに本研究では,この境界適合格子による手法を用いて剪断流中に存在する気泡(粒子)に働く揚力を,定量的に評価し,従来の理論との比較を通し,既存の他者の数値計算結果の問題点などを示した.また,界面に付着する不純物が存在する場合に関しても,Marangoni効果を考慮にいれた計算を行い,従来の実験事実を説明することに成功し,境界適合格子を用いた手法の有効性を示した.

在各种工程设备中可以看到随着边界形状变化的流动，包括包含气泡，液滴和颗粒的流，弹性管中的流动以及带有移动壁的流动。因此，希望开发一种以高速度计算这些运动边界流的方法。最近已经开发了使用矩形晶格的几种新方法，例如SET方法，高精度VOF方法，CIP方法和TryGggvason接口跟踪方法。在这项研究中，我们将这些方法与作者开发的边界拟合晶格方法进行了比较。结果，我们确认上面的新方法可以为模拟单个气泡的行为提供足够可靠的结果，这在对多相流的平均方程进行建模时很重要。但是，当定量评估施加在单个气泡和颗粒上的力以及粘附在界面上的杂质的影响时，必须准确地重现气泡表面附近的薄边界层（粒子），并且显示出使用边界拟合的方法有效。此外，在这项研究中，我们定量评估作用于剪切流中存在气泡（粒子）的升力力，并通过将其与常规理论进行比较，我们显示出与其他现有数值计算结果的问题。此外，在杂质遵守界面并成功解释了传统实验的事实并使用边界拟合晶格的情况下，我们已经考虑了Marangoni效应，并考虑了Marangoni的效果。