マルチスケール解析に基づく混相流動詳細解析コードの開発

基于多尺度分析的详细多相流分析代码的开发

• 批准号: 13750135
• 负责人: 高木 周
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750135/
• 关键词: 混相流; 分散相流れ; マルチスケール; 気泡; 数値解析; モデリング; 表面活性剤; 平均化方程式

多数の気泡や液滴・粒子を含む流れは,流体機械を始め,化学反応器,熱交換器,エンジンの燃料噴射部など,工学上重要となる種々な装置で見受けられる.そのため,これらの流れを精度よく,高速・安定に計算する手法の開発が望まれているが,これらの流れでは流れの大域的構造(マクロ構造)の中に多数の分散相が生み出すミクロ構造が存在しており,ミクロ,メゾ,マクロの様々なスケール間の相互干渉によって現象が支配されているため,高精度の数値計算が困難なものとなっている.本研究では,これらミクロ・メゾ・マクロの多重スケール構造を持つ気泡流に関して,そのスケール間干渉が正確に再現できるような数値計算手法を開発することを目的とした.本年度は,昨年度得た個々の気泡の運動に関する種々の知見をもとに,個々の気泡のミクロな挙動が気泡流乱流のマクロ構造に与える影響の評価を行なった.特に,そのメカニズムが明らかにされておらず最近話題となっている,マイクロバブルによる気泡の抵抗低減効果に関するシミュレーションを行なった.その結果,従来までの数値計算とは異なり,実験と同様に抵抗が減る現象をシミュレートすることに成功した.さらに,そのメカニズムについて計算結果をもとに解析を行ない,気泡流の非定常な発達過程が,抵抗低減の1つのメカニズムであることを示した.

Most の 気 bubble や, droplet particle flow contains を む れ は, fluid machinery を め, chemical 応 device, heat exchanger, エ ン ジ ン の fuel injection department な ど, engineering on important と な る kind 々 な device で see the け ら れ る. そ の た め, こ れ ら の flow れ を precision よ く, high speed, stable に computing す る gimmick の open 発 が hope ま れ て い る が, こ れ ら の flow れ で は The structure of the large flow れ の domain (マ ク ロ structure) の に most の dispersed phase が raw み out す ミ ク ロ structure exist が し て お り, ミ ク ロ, メ ゾ, マ ク ロ の others 々 な ス ケ ー ル の dry each other between involved に よ っ て phenomenon が dominate さ れ て い る た め, high-precision の the numerical calculation difficulty が な も の と な っ て い る. This study で は, こ れ ら ミ ク ロ · メ ゾ · マ ク ロ の multiple ス ケ ー ル tectonic を hold つ 気 bubble flow に masato し て, そ の ス ケ ー ル between dry involved が に reproduction right で き る よ う な the numerical computing technique を open 発 す る こ と を purpose と し た. This year は yesterday as annual た a 々 の の 気 bubble movement に masato す る kind 々 の knowledge を も と に, a 々 の 気 bubble の ミ ク ロ な 挙 dynamic が 気 bubble flow turbulence の マ ク ロ tectonic に and え る の appraisal of 価 を line な っ た. に, そ の メ カ ニ ズ ム が Ming ら か に さ れ て お ら ず topic recently と な っ て い る, マ イ ク ロ バ ブ ル に よ る 気 bubble の resistance low cut sharper fruit に masato す る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line な っ た. そ の results, 従 to ま で の the numerical computing と は different な り, be 験 と with others に resistance が る reducing phenomenon を シ ミ ュ レ ー ト す る こ と に successful し た. さ ら に, そ の メ カ ニ ズ ム に つ い て results を も と に parsing line を な い, 気 bubble flow の unsteady な が 発 da process, low resistance reduction の 1 つ の メ カ ニ ズ ム で あ る こ と を shown し た.

项目成果

Sugiyama, K., Takagi, S, Matsumoto, Y.: "Three Dimensional Numerical Analysis for Bubbly Flow around a Circular Cylinder"JSME International Journal, Series B. Vol.44. 319-327 (2001)

Sugiyama, K.、Takagi, S、Matsumoto, Y.：“圆柱体周围气泡流的三维数值分析”JSME 国际期刊，B 系列，第 44 卷。

Sugiyama, K., Kawamura T., Takagi, S., Matsumoto, Y.: "Numerical simulation of transient microbubble flow"Proc. 4th Symp. on Smart Contral of Turbulence. 51-60 (2003)

Sugiyama, K.、Kawamura T.、Takagi, S.、Matsumoto, Y.：“瞬态微气泡流的数值模拟”Proc。

高木周, 竹村文男, 松本洋一郎: "壁面近傍を上昇する変形希望に働く力の理論解析"日本機械学会論文集(B編). 67・657. 1138-1145 (2001)

Shu Takagi、Fumio Takemura、Yoichiro Matsumoto：“作用于壁附近的变形力的理论分析”日本机械工程学会论文集（B 版）1138-1145（2001 年）。

杉山和靖, 高木周, 松本洋一郎: "乱流構造が気泡・粒子運動に及ぼす影響(各種乱流統計量に及ぼす粒子密度の影響),日本機械学会論文集(B編)"日本機械学会論文集(B編). 68・669. 1481-1439 (2002)

Kazuyasu Sugiyama、Shu Takagi、Yoichiro Matsumoto：“湍流结构对气泡和粒子运动的影响（粒子密度对各种湍流统计的影响），日本机械工程学会论文集（B版）”日本机械工程学会论文机械工程师集（B版）68・669（2002）。

杉山和靖, 高木周, 松本洋一郎: "乱流構造が気泡・粒子運動に及ぼす影響(各種乱流統計量に及ぼす粒子密度の影響)"日本機械学会論文集(B編). (掲載予定). (2002)

Kazuyasu Sugiyama、Shu Takagi、Yoichiro Matsumoto：“湍流结构对气泡和粒子运动的影响（粒子密度对各种湍流统计的影响）”日本机械工程学会论文集（B版）（即将出版）（2002年）。 ）