新たな固相モデルに基づく固体-流体混相乱流LESモデルの開発と汎用化

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土石流や土砂輸送問題などの土木分野でよく見られる「大規模・高粒子濃度」混相流場へも適用可能な、従来の混相乱流モデルの枠組みと大きく異なる新たな数値モデル(GAL-LESモデル)を構築した。このモデルの大きな特長は、1)超多粒子系の運動を計算機負荷を軽減した形で計算し、2)粒子衝突や接触などの粒子運動の素過程を合理的に表現し、3)高精度乱流モデルであるLESを混相流場へ拡張をする、という3点である。さらに、高濃度領域へ本モデルを適用可能にするために、高濃度領域において重要な支配因子の一つとなる粒子衝突に関して、衝突力を粒子に及ぼす確率外力として取り扱うことを通じて、粒子平均速度や分散に関する評価式を導出した。そして、この数値モデルの開発を通じて、そのプログラムコードを構築した。それを用いて高濃度混相流の基本的な一例である高濃度水平流動層(スラリー輸送問題)に本モデルを適用したところ、粒径や密度などの粒子条件により大きく変化する流動層特有の流動様式に関して実験結果と計算結果は良好に一致し、本モデルの有効性・妥当性が検証された。時間平均モデルの枠組みで捉えられている既存の混相流モデルでは、水平流動層の流動様式を予測し得るものはこれまで存在し得ず、このようなことは本モデルの新規性の一面を示す一例となり得る。