Three-dimensional simulations of the dynamic motion of single bubblesin viscoelastic fluids

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本研究では, 粘弾性流体中を上昇する気泡運動ダイナミクスを主たるターゲットとして, 三次元数値解析から気泡運動ダイナミクスを考察した. FENE-CR モデルにより粘弾性流体をモデル化し, 粘弾性特性(モデル・パラメータ)が気泡運動へ及ぼす影響を調べた. 粘弾性流体中における気泡上昇運動の特徴であるCusp形状を有する気泡を三次元解析により再現することに成功した. 弾性特性として緩和係数λ(Deborah数)およびダンベル間の伸長パラメータLが重要な因子であることを明確にした. 変形が小さい気泡では, λとLの値が比較的小さくても弾性効果が顕著に現れ, 一方, 変形が大きい気泡では, λとLの値がある程度大きくないと弾性効果は現れなかった.また, 密度比の影響を調べるために, 液滴上昇運動と気泡上昇運動の相違を検討した. 液滴の方が気泡に比べて弾性効果の影響をより大きく受けることを明らかにした. また, 気泡・液滴の変形・分裂ダイナミクスの基本的なケースとして, 粘弾性流体中で静止している液滴(密度比および粘度比が1)の剪断変形・分裂ダイナミクスに対して三次元数値解析を行った. 剪断方向に沿って液滴の先端付近で粘弾性応力が強く作用し, 変形・分裂ダイナミクスに大きく影響を与えていることが分かった.