マイクロハイドロダイナミクスにおける非線形効果に関する研究

微流体动力学非线性效应研究

• 批准号: 04J08857
• 负责人: 植田 芳昭
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J08857/
• 关键词: 低レイノルズ数流れ; 渦法; 特異摂動法; 噴流励起回転スロッシング; ブラウン粒子; 非線形効果; マイクロハイドロダイナミクス; バクテリア; 特異摂動解析; 数値シミュレーション

非希釈分散系固液二相流における非線形慣性項の役割を調べることを目的として,極低レイノルズ数流れを扱った.渦法では,昨年度までに,フランス人共同研究者と共に開発した格子形成に基づくRedistribution法を用いて,互いに反対方向に回転している二円柱まわりの流れをシミュレートした.この問題は,報告者が以前に特異摂動法を用いて検討した"Jefferyのパラドックス"に対応している.二円柱間距離が小さい場合,本手法で得られる数値解は解析解と一致し,二円柱の前後によどみ点ができ,円柱近傍流れと外部流れは,それぞれ反対方向に回転することが分かった.一方,二円中間距離が離れている場合,二円柱の前後によどみ点は生じず,流れ場は至るところで二円柱と同方向に回転することが分かった.上述のように,渦法で高精度な解析をするためには,格子形成を用いるのが有用であるが,気泡群の挙動の解析のような複雑な界面を有する流れをターゲットとする場合,格子形成を用いない計算手法の確立が望まれる.そこで,三次元噴流を模擬した流れと一対の渦輪の干渉問題をターゲットとして,格子フリーな渦法を検討した.その結果,カットオフ半径を適切に選び,ひずみ速度テンソルの固有ベクトル方向に渦粒子を算術平均によって分割すれば,シミュレート可能であることを明らかにした.微粒子群を攪拌するシステムの一つとして,噴流の励起によって生じる回転スロッシングが挙げられる.この噴流励起回転スロッシングを数値的・実験的に検討し,以下の知見が得られた.なお,この噴流励起回転スロッシングに関する論文は現在投稿中である.(1)噴流励起回転スロッシングの内部流動は,噴流のコア領域を除いてポテンシャル流れの解に一致する.(2)噴流励起回転スロッシングの減衰過程は,時間の-1/2乗である.(3)旋回の発生には,噴流が液面に衝突した際に生じる隆起部のアンバランスが重要である.

The bush 釈 dispersion solid liquid two phase flow に お け る nonlinear inertia item cut を adjustable べ の service る こ と を purpose と し て, extremely low レ イ ノ ル ズ number flow れ を Cha っ た. Vortex method で は, yesterday's annual ま で に, フ ラ ン ス people common researchers と に open 発 し た grid formation に base づ く を "Redistribution method with い て, mutual い に reverse direction seaborne に back planning し て い ま る has drifted back towards ¥ two column わ り の flow れ を シ ミ ュ レ ー ト し た. こ は の problem, reporter が を に ex, dynamic method used い て beg し 検 た" their fery パラドッ ス ス に against 応 て て る る. The distance between the two has drifted back towards ¥ column が small さ い occasions, this technique で ら れ る と consistent し は analytic solution, the numerical solution before and after the second column has drifted back towards ¥ の に よ ど み point が で き, column has drifted back towards ¥ nearly alongside flow れ と external flow れ は, そ れ ぞ れ reverse direction seaborne に back planning す る こ と が points か っ た. One party, two が has drifted back towards ¥ the middle distance from れ て い る occasions, before and after the second column has drifted back towards ¥ の に よ ど み some は raw じ ず, は れ field to る と こ ろ で has drifted back towards ¥ two column と same direction に back planning す る こ と が points か っ た. The の よ う に, vortex で high resolution analytical を な す る た め に は, grid formation を with い る の が useful で あ る が, 気 bubble group の 挙 dynamic analytical の の よ う な complex 雑 な interface を す る flow れ を タ ー ゲ ッ ト と す る occasions, grid formation を with い な い method の looking establish が ま れ る. そ こ で, three dimensional flow を simulation し た flow れ と の seaborne vortex Wheel の dry involved problems を タ ー ゲ ッ ト と し て, grid フ リ ー な vortex method を beg し 検 た. そ の results, カ ッ ト オ フ radius を appropriate に び, ひ ず み speed テ ン ソ ル の inherent ベ ク ト に ル direction vortex particle を arithmetic average に よ っ て segmentation す れ ば, シ ミ ュ レ ー ト may で あ る こ と を Ming ら か に し た. Micro particle swarm を mixing す る シ ス テ ム の a つ と し て, jet の wound up に よ っ て raw じ る back planning ス ロ ッ シ ン グ が 挙 げ ら れ る. こ の jets wound up back planning ス ロ ッ シ ン グ を of the numerical, be the 験 に 検 for し, the following の knowledge が have ら れ た. な お, こ の jets wound up back planning ス ロ ッ シ ン グ に masato す る paper は now contribute で あ る. (1) Jets wound up back planning ス ロ ッ シ ン グ の は internal flow, jet の コ を ア field except い て ポ テ ン シ ャ ル flow れ の solution に consistent す る. (2) jet wound up back planning ス ロ ッ シ ン グ の は damping process, time の - 1/2 乗 で あ る. (3) cycle の 発 raw に は, jet が level に conflict し た interstate に raw じ る uplift of の ア ン バ ラ ン ス が important Youdaoplaceholder0.

项目成果

Divergence Problem on Three-Dimensional Vortex Method without Redistribution Lattice or Redistribution

无重分布格子或重分布的三维涡旋法的发散问题

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc.3^<rd> Int.Conf.On Vortex Flows and Vortex Models (CD-ROM)
• 作者: Taketo Yamada;Hiroyuki Takahira;Teruhiko Kida;Yoshiaki Ueda
• 通讯作者: Yoshiaki Ueda

三次元渦法による不連続面を持つ流れの並列計算

三维涡法并行计算不连续表面流动

• 发表时间: 2004
• 期刊: 日本機械学会2004年度年次大会講演論文集 2
• 作者: 山田健人;植田芳昭;高比良裕之;井口学;木田輝彦
• 通讯作者: 木田輝彦

渦法による渦輪の成長過程について

关于利用涡流法研究涡环的生长过程

• 发表时间: 2004
• 期刊: 日本機械学会2004年度年次大会講演論文集 2
• 作者: 植田芳昭;木田輝彦;井口学
• 通讯作者: 井口学

On unsteady interactions between cylinders by a vortex method

用涡流法研究圆柱间的非定常相互作用

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc. International Symposium on Advanced Fluid/Solid Science and Technology in Experimental Mechanics (CD-ROM)
• 作者: M.Sugisaki;T.Sashima;K.Yanagi;A.Sugita;H.Hashimoto;Yoshiaki Ueda
• 通讯作者: Yoshiaki Ueda

Simulation of the transient free jet-like flow by a vortex-blob method

涡流法模拟瞬态自由射流

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc. International Symposium on Advanced Fluid/Solid Science and Technology in Experimental Mechanics (CD-ROM)
• 作者: T.Kida;T.Yamada;H.Takahira;Y.Ueda
• 通讯作者: Y.Ueda