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固気液多相流数値モデルによる大気・海域相互干渉の急変物理機構の解明

利用固-气-液多相流数值模型阐明大气-海相互作用突变的物理机制

基本信息

批准号：
14750428
负责人：
川崎浩司
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

砕波による気泡連行,気象擾乱が及ぼす成層水域の内部現象など,大気-海域相互干渉を伴う急変水理現象は沿岸海域の物理環境場に大きな影響を及ぼすため,詳細に解明することが重要である.しかし,気液相,さらには固気液相の相互作用を有する現象を高精度に解析できる数値モデルは現在もなお確立されていない.そこで,本研究では,固相・液相・気相が混在する流動場を解析できる多相流数値モデルを,2次元・3次元場に対して開発することを主たる目的とする.(1)固気液多相流数値モデルの開発:密度,粘性など流体特有の物性値が大きく異なる気相(圧縮性流体)・液相(非圧縮性流体)・固相の界面変動を精度よく解析するために,高精度移流スキームCIP法と圧縮性流体の流動解析まで可能な拡張SMAC法に基づいて,多相流数値モデルDOLPHIN (Dynamic numerical model Of muLti-Phase flow with Hydrodynamic INteractions)を,2次元・3次元流動場に対して開発した.(2)多相流数値モデルDOLPHIN-2D/3Dの性能検証:既往の水理実験結果との比較から本研究で開発した多相流数値モデルDOLPHIN-2D/3Dの妥当性を検証するとともに,水柱崩壊問題,静水面への単一水滴および剛体の自由落下問題,水柱崩壊後の流出水と物体の衝突問題といった水理現象に適用し,固気液多相場を高精度に解析できることを確認した.(3)連行気泡の運動機構と気泡破裂現象の解明:連行気泡を伴う砕波現象の基本特性を究明するために,静水面への落下水滴による気泡発生・破裂現象を取り上げ,水理実験を行った.その結果,水中圧力の高周波数成分は気泡の生成に伴い発生すること,単一気泡の振動理論から増大する周波数帯を算定することができること,気泡径の違いにより卓越周波数が異なることが判明した.

The internal phenomena of stratified waters, such as the continuous movement of atmospheric bubbles, the disturbance of atmospheric phenomena, the interaction of atmospheric phenomena with the sea area, the rapid change of hydrological phenomena, and the influence of the physical environment field of coastal waters on the coastal waters are discussed in detail. The phenomena of solid-liquid interaction are analyzed with high accuracy and numerical values are established. In this study, the solid phase, liquid phase and gaseous phase are mixed in the flow field, and the multiphase flow field is analyzed. The main purpose of this study is to analyze the multiphase flow field, and to develop the two-dimensional and three-dimensional field. (1)The development of solid-liquid multiphase flow numerical values: density, viscosity, and fluid-specific physical properties are different from each other. The analysis accuracy of interface dynamics of gas phase (compressible fluid), liquid phase (non-compressible fluid), and solid phase is high. The CIP method and the flow analysis of compressible fluid are possible. The SMAC method is based on the development of multiphase flow numerical values DOLPHIN (Dynamic numerical model Of multi-phase flow with Hydrodynamic INteractions). The development of 2-D and 3-D flow fields is also possible. (2)Performance evaluation of DOLPHIN-2D/3D: Comparison of previous results of hydrologic experiments; validation of the validity of DOLPHIN-2D/3D in this study; water column collapse problems; static water droplet problems; free-fall problems of rigid bodies; outflow water problems after water column collapse; collision problems of objects in hydrologic phenomena; validation of solid-liquid multiphase field analysis with high accuracy. (3)Explanation of the mechanism of continuous bubble motion and bubble breakdown: basic characteristics of continuous bubble wave phenomenon are studied, and bubble generation and bubble breakdown phenomenon caused by falling water droplets on still water surface is discussed. The results show that the high frequency components of the pressure in water are associated with the generation of gas bubbles, the increase of the frequency band of gas bubbles is determined by the vibration theory, and the difference of the dominant frequency band of gas bubbles in diameter is identified.