混相乱流における渦と液滴のカップリング

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噴霧ジェットなどに見られる液滴を含んだ乱流場での現象において、渦と液滴の干渉を数値的に調べた。このモデリングによって、変形する境界を考慮した液滴が渦との干渉によってどのように変化していくかの過程が明らかにされ、混相乱流の基礎となる機構が明らかにされる。本研究では、液滴の表面の位置を記述する表面追跡関数の輸送方程式を導入することで自由表面を出来るだけ鮮明に捕え、かつ、volume-tracking的な考えに基づいて表面張力を導入し、変形を考慮した単一液滴と気流の干渉の数値解析をまず行った。次に、乱流燃焼場での液滴の挙動を扱うことを考え、最終的に混相乱流の数理モデルを構築することを目標とし、その第一段階として渦との干渉を取り上げ、Euler的な手法により気液界面の変形や運動を追跡した。計算結果では、表面をLagrange的に取り扱ったのでは実現することのできなかった大変形を、Euler的に扱うことができた。ただし、この方法には、若干不備がある。たとえば、離散表現することにより発生するparasite currentsなどがあり、そのため表面位置で応力がバランスせず、静止するはずの液滴表面が運動し、その付近で流れが誘起されてしまう。この点が今後改善されねばならない。