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気泡せん断流れの数値モデリングと実河川スケールにおける高効率エアレーションの評価

气泡剪切流数值模拟及真实河流尺度高效曝气评估

基本信息

批准号：
17760406
负责人：
山上路生
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyoto 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

项目摘要

エアレーションのような多数の気泡群を含む流れを数値計算する場合,一般的な差分解法では計算グリッドの制約があるためモデリングには様々な工夫が必要となる.既往研究でもVOFやMARSといった界面計算手法が開発されて多くの応用例があるが,複雑な移動境界場においてはその精度に疑問が残る.そこで本研究では今年度にグリッドレス渦要素モデル(DVM)をベースにした数値モデルを開発した.第1ステップとして,気泡を含まない水流だけの単相流れを対象に非定常乱流計算を行い,時間平均流速分布,乱れ統計量の分布および組織乱流構造等について,既存の実験データや他の数値計算データと比較して本モデルの精度検証を行った.第2ステップでは,上述のDVMモデルを基に本研究のメインテーマである気液混相場の数値モデリングを行った.気泡の扱いには気泡濃度を未知関数とするオイラー的手法もあるが気泡形状の変形予測が難しい.そこで本研究では個々の気泡を追跡するラグランジェ的手法を採用した.この方法ではそれぞれの気液境界を複数のパネルに分割し,パネル上の境界条件を満たすように固定渦要素を配置した.これによって気泡の変形作用も簡単に計算でき,グリッドレスのメリットが最大限に発揮された.さらに気-液および固-液境界部における粘性効果を増大させるモデル関数を,放出渦要素の渦径をフィルタリングする乱流モデルに組み込んで,気泡周辺流れの微視的な高精度計算ルーチン作成の基礎を築いた.現段階では実験結果との差異をできるだけ小さくするように各種パラメータの調整をしている.

In the case of calculating the numerical value of a large number of bubbles, the general difference solution is necessary to calculate the constraint of the bubble group. Previous studies on VOF/MARS interface calculation methods have developed a variety of applications, and the accuracy of complex moving field is questionable. This study is aimed at exploring the development of a number of factors that contribute to the success of this project. The first step is to calculate unsteady turbulence, time-averaged velocity distribution, distribution of turbulence statistics and structure of turbulence, etc., and to compare the accuracy model of existing data and other numerical values. Second, the above DVM is based on the study of the number of mixed phase field. It is difficult to predict the shape and shape of the gas bubbles in the gas bubbles. This study adopts a new method to trace the origin of the virus. This method is based on the separation of the liquid phase and the fixed vortex element. The maximum limit for the calculation of the variable function of the bubble is determined by the maximum value of the variable function of the bubble. To establish the basis of high precision calculation of Weishi app for the generation of turbulent flow in the boundary region of gas-liquid and solid-liquid phases. At this stage, the difference between the results and the adjustment of various parameters is small and small.