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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750182/
• 关键词: 数値計算; 移動境界; 自由界面流れ; 変形気泡; 粘性流体; ナビエ・ストークス方程式; 境界適合格子; 反変速度物理成分; 数値流体力学; 移動境界問題; 気泡; 表面張力; 界面追跡法; Level Set法; 変形

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.

Boundary shape の variations change を with う flow れ は, 気 bubble や droplet particle flow contains を む れ, れ の 弾 sex tube flow, mobile wall を with う flow れ な ど fluid machinery を め, engineering on important と な る others 々 な device で see the け ら れ る. そ の た め. こ れ ら moving boundary flow れ を high-precision で high-speed, stable に computing す る gimmick の open 発 が hope ま れ て い る. Lev el Set method, VOF method has high precision, CIP method, Tryggvason の interface tracing method な ど, rectangular grid を with い た い く つ か の new し い gimmick が recently opened 発 さ れ て to て い る が, this study で は, こ れ ら の gimmick と author ら が open 発 し て き た realm for grid に よ る gimmick と の is line を っ た. そ の as a result, the mixed phase flow の average equation を モ デ リ ン グ す る international important と な る, a 々 の 気 bubble の 挙 dynamic の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に masato し て は, written の new し い gimmick で very letter 頼 で き を る results provide で き る こ と を confirm し た. し か し, a 々 の 気 bubble や particle に 働 く や, interface に pay the す る impurity content の influence な ど を に of quantitative evaluation of 価 す る field Close に は, 気 bubble (particles) surface near alongside の い thin boundary layer を precision よ く reappearance す る こ と が important で あ り, そ の た め に は state suitable for use in grid を い た gimmick が powerful で あ る こ と を shown し た. さ ら に this study で は, こ の realm for grid に よ る gimmick を with い て に in shear cutoff す る 気 bubble (particles) に 働 を く uplift force, quantitative に review 価 し 従 to の theory と の is を し, existing の otherness の the numerical calculation results の problem point な ど を shown し た. ま た, interface に pay the す る impurity content exist が す る occasions に masato し て も, Marangoni unseen fruit を consider に い れ た computing を い, 従 to の be 験 things be を illustrate す る こ と に し success, state suitable for use in grid を い た The efficacy of the technique を shows that た.

项目成果

Takagi,Shu.: "Numerical Study on the Forces Acting on a Bubble and Particle" Proc.of 3rd Int.Conf.on Multiphase Flows. (発表予定). (1998)

Takagi, Shu.：“作用于气泡和粒子的力的数值研究”Proc.of 3rd Int.Conf.on Multiphase Flows（即将提交）。

高木 周: "気泡-壁面間の相互作用に関する数値解析" 日本機械学会第74期通常総会講演論文集(I). 132-133 (1997)

Shu Takagi：“气泡-壁相互作用的数值分析”日本机械工程学会第74届普通大会论文集（I）132-133（1997）。

Takagi,S.and Matsumoto,Y: "Numerical Study on the Forces acting on a Bubble and Particle" 3rd International Conference on Multiphase Flows,'98Lyon.CD-ROM

Takagi,S. 和 Matsumoto,Y：“作用于气泡和粒子的力的数值研究”第三届国际多相流会议，98Lyon.CD-ROM

Takagi,S and Matsumoto,Y: "Numerical Investigations of the Lift Force Acting on a Bubble and Particle" Proc.FEDSM'99,3rd ASME/JSME Joint Fluids Engineering.Conf.(発表予定). (1999)

Takagi, S 和 Matsumoto, Y：“作用于气泡和粒子的升力的数值研究”Proc.FEDSM99，第 3 届 ASME/JSME 联合流体工程会议（即将发表）。

高木 周,松本洋一郎: "加速度運動する流体塊中における変形気泡の挙動" 日本機会学会論文集. 64・624B. 2483-2490 (1998)

Shu Takagi、Yoichiro Matsumoto：“加速流体团中变形气泡的行为”日本机械工程师学会会议记录 64・624B 2483-2490 (1998)。