相界面近傍現象におけるマクロ・マイクロダイナミクスの数値解析

相界面附近现象宏观微观动力学的数值分析

• 批准号: 17760149
• 负责人: 山本 恭史
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Kansai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760149/
• 关键词: 気液混相流; 液液混相流; 界面; コンタミネーション; Front-tracking; Adaptive Mesh Refinement; 界面張力

気泡表面の波動運動は気泡の揺動運動と密接に関係し,界面を介した物質移動に非常に重要な役割を果たすため,気泡表面の波動・変形現象を解明できれば,工業プロセスで多用される多相系リアクターの反応制御など,さまざまな気泡を含むシステムの改良に非常に有用な知見を得ることができる.その実現のために,本研究では,界面追跡アルゴリズムのひとつであるFront-tracking(FT)法による直接数値解析により,実験での詳細な計測は困難な気泡の界面現象を再現する.これにより,「表面波の伝播」と「小気泡発生」のダイナミクスを解明することを目的とする.ただし,現状の手法では,密度比が大きな2相流では矩形格子では界面張力がうまく表現できないという問題がある.そこで,界面近くの格子を階層的に細分化するアダプティブ格子を適用し,矩形の影響を緩和するとともに界面近傍のダイナミクスを精密に表現する.これにより,気泡周りの「マクロスケール」から界面現象という「ミクロスケール」までを統合した数値計算モデルを構築する.まず軸対称2次元においてFT法の計算コードを完成させた.さらに,不純物の界面への吸着現象を考慮した計算モデルを構築し,コードに組み込んだ.その検証として油中水滴の運動の解析を行い実験と比較し,実験での界面汚染(コンタミネーション)を再現する結果が得られた.その成果は機械学会論文集に掲載され,アメリカ機械学会夏季講演会でも発表した.次に,局所的な格子細分化(Adaptive Mesh Refinement)をFTコードに組み込んだ.その結果,Front-tracking法における界面表現の精度を飛躍的に向上することが出来た.この結果は,混相流学会講演会で発表した.さらに混相流論文精選集に選抜された.この計算手法と開発コードをさらに発展させることにより,複雑な界面現象のダイナミクスを詳細に捉えられる,という可能性を示すことが出来た.

The fluctuation of bubble surface is very important for the interaction between bubble motion and close contact, and the interface is very important for the material movement. The fluctuation of bubble surface is very important for the understanding of the phenomenon of bubble shape. The industrial application is very useful for the improvement of multiphase system. In this study, the direct numerical analysis of the interface tracing (FT) method was carried out, and the detailed measurement was carried out to reproduce the interface phenomena. "Surface wave propagation" and "bubble generation" are the main reasons for this. The density ratio is high. The phase flow is rectangular lattice. The interfacial tension is high. The problem is high. The interface is close to the grid. The grid is fine. The interface phenomenon and the integration of numerical value calculation and construction are discussed in this paper. The calculation of the FT method is completed in the second dimension of the axis. In addition, the adsorption phenomenon of impurities at the interface is considered in the calculation. The analysis of the motion of water droplets in oil is carried out and compared, and the results of the interface contamination are obtained. The results were published in the Proceedings of the Society of Mechanical Engineering, the Summer Lecture of the Society of Mechanical Engineering. Next, the bureau's Adaptive Mesh Refinement is FT. As a result,Front-tracking method improves the accuracy of interface performance. The results of the seminar were presented at the Society for Mixed Phase Flow. Today's mixed-phase flow paper collection is selected. The calculation method of this paper is to find out the possibility of complex interface phenomenon.

项目成果

Adaptive Mesh Refinement Front-tracking法による非球形水滴の数値シミュレーション

自适应网格细化前沿跟踪法对非球形水滴的数值模拟

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本混相流学会年会講演会2006講演論文集
• 作者: 山本恭史;植村知正
• 通讯作者: 植村知正

Adaptive Mesh Refinement Front-tracking法による油中沈降水滴の数値シミュレーション

采用自适应网格细化前沿跟踪法对油中降水液滴进行数值模拟

• 发表时间: 2007
• 期刊: 混相流研究の進展 2
• 作者: 山本恭史;植村知正
• 通讯作者: 植村知正

FRONT-TRACKING法による界面上の不純物輸送を考慮した液滴流動の数値シミュレーション

使用 FRONT-TRACKING 方法对考虑界面上杂质传输的液滴流动进行数值模拟

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本機械学会論文集B編 72巻720号
• 作者: 山本恭史;山内慎;植村知正
• 通讯作者: 植村知正

Numerical simulation of a contaminated droplet by front-tracking method taking the effect of surfactant transport on the interface

利用界面表面活性剂传输效应的前沿追踪法对污染液滴进行数值模拟

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of 2006 ASME Joint U.S. - European Fluids Engineering Summer Meeting
• 作者: Yasufumi Yamamoto;Makoto Yamauchi;Tomomasa Uemura
• 通讯作者: Tomomasa Uemura