複雑構造周りにおける液滴蒸発後の溶質膜形状制御因子の解明

复杂结构周围液滴蒸发后控制溶质膜形状的因素的阐明

• 批准号: 22K20397
• 负责人: 杉本 真
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20397/
• 关键词: 気液混相流; 格子ボルツマン法; フェーズフィールドモデル; 表面張力; 共役熱伝達; 蒸発; 複雑構造

本研究の目的は，1)固気液三相の温度場，気相中の溶媒濃度場，液相中の溶質濃度場，および液相の蒸発の全てを同時に解析可能な，汎用的気液混相流解析ツールの開発，2)開発した手法を用いた複雑構造周りにおける液滴蒸発後に形成される三次元溶質膜形状の制御因子の解明の二点である．2022年度には目的1)のうち，界面の大変形を伴い，かつ気液間の熱容量比が大きい気液二相流現象を取り扱うことが可能な，気液二相熱流動シミュレーション手法の開発を行った．本研究では，複雑構造周りにおける界面の大変形の計算に適した二相系格子ボルツマン法をベースとして手法開発を行った．開発した手法の計算精度を検証するために，周囲の気体と等速で運動する液滴のシミュレーションを行った．このとき，気液の密度比が大きい場合には，界面周りの速度場に大きな誤差が生じ，加えて熱容量比が大きい場合には，液滴周りで非物理的な温度分布を示すことがわかった．この問題は計算スキームがガリレイ不変性を満足していないことに起因すると考え，高次精度でガリレイ不変性を満足するキュムラント格子ボルツマン法を実装することで，問題の解決を図った．これにより，液滴周りの非物理的な温度分布の発生を抑制することができた．また，表面張力を考慮した計算では，表面張力の計算誤差に起因して，気液界面周りの速度誤差も大きくなった．そこで，従来手法において用いられる複数の表面張力モデルについて，計算精度の評価を行い，生じる速度誤差の小さい表面張力モデルならびに差分スキームの提案を行った．

The purpose of this study is, 1) It is possible to analyze the temperature field of the solid-liquid three-phase, the solvent concentration field in the solid phase, the solute concentration field in the liquid phase, and the steaming and steaming of the liquid phase simultaneously, and the commonly used hydrogen-liquid mixing method Phase flow analysis method, 2) method of analyzing the flow method, using the method to construct the method using the method of complex analysis. The two-point control factor that controls the shape of the three-dimensional solute film formed after evaporation of the droplets is explained. The purpose of 2022 is 1) The large shape of the interface and the large heat capacity ratio between the liquid and the liquid. The phenomenon of two-phase flow is not possible, and the two-phase thermal flow of liquid liquid is easy to use. In this study, the complex calculation method of the large-scale shape of the interface of the complex structure and the two-phase system lattice method is used to open and close the structure. The calculation accuracy of the method of opening the method is the same as the proof of the test, and the movement of the body and the constant speed of the week is the same as the liquid droplet. When the density ratio of the liquid is large, the density ratio of the liquid is large, the velocity field around the interface is large, and the error is generated, plus When the heat capacity is larger than the heat capacity, the non-physical temperature distribution around the droplet is shown.このquestionはcalculationスキームがガリレイ不変性を満していないことにcauseするとtestえ, high-order accuracyでガリレイ不変性を満足するキュムラントlattice ボルツマン法を実装することで, the problem is solvedを図った.これにより, the non-physical temperature distribution around the droplet is suppressed by the non-physical temperature distribution.また, surface tension is not considered and calculated, the surface tension calculation error is caused by して, and the velocity error around the liquid interface is large.そこで, the surface tension of the いられる plural surface tension モデルについて, the calculation accuracy 価を行い,生じるSpeed errorの小さいsurface tensionモデルならびにdifferential スキームのproposalを行った．

项目成果

気液混相流の格子ボルツマンモデリングおよび複雑構造周りの流体挙動解析

气液多相流的格子玻尔兹曼建模和复杂结构周围的流体行为分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Yu Xia;Nozomu Hashimoto;Osamu Fujita;杉本真
• 通讯作者: 杉本真

Phase-field法における表面張力モデルおよび差分スキームの検討

相场法表面张力模型和差分格式的研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Toba Y.;Yamada S.;Matsubayashi K.;Terao K.;Moriya A.;Ueda Y.;Ohta K.;Hashiguchi A.;Himoto K. G.;Izumiura H.;Joh K.;Kato N.;Koyama S.;Maehara H.;Misato R.;Noboriguchi A.;Ogawa S.;Ota N.;Shibata M.;Tamada N.;Yanagawa A.;Yonekura N.;Nag;Satoshi Yamada;Satoshi Yamada;Satoshi Yamada;杉本真，金田昌之，須賀一彦
• 通讯作者: 杉本真，金田昌之，須賀一彦

Development of Thermal Lattice Boltzmann Method in Transforming Liquid

热晶格玻尔兹曼法在液体转化中的发展

• 发表时间: 2022
• 作者: Makoto Sugimoto;Kengo Toyama;Tatsuya Miyazaki;Masayuki Kaneda;Kazuhiko Suga;Masaya Shigeta
• 通讯作者: Masaya Shigeta