混相流の多重スケール構造に対する数値解析手法の開発

多相流多尺度结构数值分析方法的发展

• 批准号: 11750130
• 负责人: 高木 周
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750130/
• 关键词: 数値計算; 移動境界; 気泡; ナビエ・ストークス方程式; 多重スケール; サブグリッドスケール; 非線形モデル; 平均化方程式

液体中に多数の気泡や液滴・粒子を含む流れは、液体機械を始め、化学反応器、熱交換器、エンジンの燃料噴射部、汚水処理のための曝気槽など、工学上重要となるさまざまな装置で見受けられる。これらの流れにおいては、個々の気泡の表面における界面活性剤の存在など分子スケールのミクロな現象から、流れ場全体の大域的構造(マクロな構造)に到るまで、ミクロ・メゾ・マクロの様々なスケールの現象が複雑に干渉し合いながら流動構造が決定されている。本研究では、液体中に多数の気泡を含む流れに関して、より信頼できる平均化方程式モデルの構築のために必要となる知見について考察し、それらを解析するための数値計算手法を開発した。開発された数値計算手法は、特に気泡間距離を代表スケールとして持つ気泡流のメゾスケールの現象に着目し、多数の気泡や粒子群を直接計算することができる特徴を持つ。この手法により計算された気泡周りの流れ場を、気泡流のマクロ構造と関連づけるため、乱流のラージ・エディー・シミュレーションの概念に基づいてサブグリッドスケールのモデリングを行った。提案されたモデルは、従来型のモデルの問題点を克服し、精度良く流れ場を再現できることを示した。さらに本研究では、既存の分散性二相流の数値計算手法の持つ本質的な問題点を、圧力のポアソン方程式に対する境界値問題としての数学的視点から指摘し、その問題を解決するための新しい数値計算手法の提案を行った。

Liquid に most の 気 bubble や を droplet, particles containing む flow れ は, liquid mechanical を め, chemical 応 device, heat exchanger, エ ン ジ ン の fuel injection department, sewage 処 の た め の exposure 気 slot な ど, engineering important と な る さ ま ざ ま な device で see the け ら れ る. こ れ ら の flow れ に お い て は, a 々 の の 気 bubble surface に お け る interface active tonic の is な ど molecular ス ケ ー ル の ミ ク ロ な phenomenon か ら, flow れ plenary の the structure of the large domain (マ ク ロ な structure) に to る ま で, ミ ク ロ · メ ゾ · マ ク ロ の others 々 な ス ケ ー ル が の phenomenon after 雑 に dry involved し close い な が ら flow structure が decided さ れ て い る . This study で は, liquid に most の 気 bubble contains を む flow れ に masato し て, よ り letter 頼 で き る average equation モ デ ル の build の た め に necessary と な る knowledge に つ い て し, そ れ ら を parsing す る た め の the numerical computing technique を open 発 し た. Open 発 さ れ た the numerical computing technique は, に 気 bubble を represents the distance between ス ケ ー ル と し て hold つ 気 bubble flow の メ ゾ ス ケ ー ル の phenomenon に mesh し, most の 気 bubble や particle swarm を directly calculate す る こ と が で き る, 徴 を つ. こ の gimmick に よ り computing さ れ た 気 bubble week り の を れ field, 気 bubble flow の マ ク ロ tectonic と masato even づ け る た め, turbulence の ラ ー ジ · エ デ ィ ー · シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の concept に base づ い て サ ブ グ リ ッ ド ス ケ ー ル の モ デ リ ン グ を line っ た. Proposal さ れ た モ デ ル は, 従 to の モ デ ル の を overcome し problem point, good precision く れ field を reappearance で き る こ と を shown し た. さ ら に this study で は, existing の dispersion two-phase flow の the nature of the numerical calculation technique の hold つ な を problem point, pressure の ポ ア ソ ン equation に す seaborne る boundary numerical problem と し て の mathematical point of view か ら blame し, そ の を solve す る た め の new し い line the numerical computing technique proposed の を っ た.

项目成果

杉山和靖、高木 周、松本洋一郎: "LESによる微細粒子を含む壁面乱流の数値解析(粒子の運動に及ぼす流れのSGSモデルの効果)"日本機械学会論文集. 66・641B. 103-112 (1999)

Kazuyasu Sugiyama、Shu Takagi、Yoichiro Matsumoto：“使用 LES 对包含细颗粒的壁湍流进行数值分析（流动的 SGS 模型对颗粒运动的影响）”日本机械工程师学会会刊 66・641B。 ）

Takagi,S. and Matsumoto,Y: "Contaminant Effect on the Motion of Rising Bubble"Proceedings of ASME FEDSM'00. (発表予定). (2000)

Takagi, S. 和 Matsumoto, Y：“污染物对上升气泡运动的影响”ASME FEDSM00 论文集（即将发表）。

Sugiyama,K.,Takagi,S. and Matsumoto,Y: "Direct Numerical Simulation of Rising Bubbles"Proceedings of ASME FEDSM'00. (発表予定). (2000)

Sugiyama, K.、Takagi, S. 和 Matsumoto, Y：“上升气泡的直接数值模拟”ASME FEDSM00 论文集（即将发表）。

高木 周、杉山和靖: "気泡流・粒子流の多重スケール構造に関して"オーガナイズド混相流フォーラム講演論文集. 73-80 (1999)

Shu Takagi、Kazuyasu Sugiyama：“关于气泡和颗粒流的多尺度结构”组织多相流论坛论文集 73-80 (1999)。

竹村文男、高木周、松本洋一郎: "壁面近傍における球形ガス気泡の上昇速度"日本機械学会論文集. B(投稿中). (2000)

Fumio Takemura、Shu Takagi、Yoichiro Matsumoto：“壁附近球形气泡的上升速度”，日本机械工程师学会论文集 B（进行中）。