Development of polymer model in viscoelastic fluid based on complementary roles of active and inactive polymers

基于活性和非活性聚合物互补作用的粘弹性流体聚合物模型的开发

• 批准号: 17K06145
• 负责人: 堀内 潔
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-01 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17K06145/
• 关键词: 粘弾性流体; 高分子添加溶液; 抵抗低減; 多重スケール解析; 反変、共変性; MHD; スカラー場; EIT; 乱流; 高分子; ダンベルモデル; 反変共変性

本研究では、高分子添加溶液中の高分子流動の解析を目指し、高分子鎖をdumbbellで近似したBDS-DNS法を用いた。Dumbbellが溶媒の変形に追随する反変性の仮定が用いられて来たが、反変型は中間値の高分子エネルギー生成を担い、伸長が大きい場合、高分子エネルギーを溶媒の散逸に伝達するEITが発生し、抵抗低減が低下する。過去の研究において、非追随性が最大の共変型dumbbellでは、反変型以上の伸長と高分子エネルギー生成が得られてEITが抑制され、両型は互いに相補的な役割を果たす事を示した。実際は非追随性が可変になると考えられ、非追随性が可変な新規モデルの構築を行い、工学的実用化を図った。Dumbbellの回転による配向の変換を非追随性強度の増減に繰り込んで可変性を導入し、一様等方乱流において検証した。追随性を解除した場合、実際に反変型から共変型への遷移が起き、両型間の変換が概周期的に反復される事を示した。反変型では、伸長方向から周方向への配向変換により EITが低減されるが、最大の抵抗低減は，反変型から共変型への遷移により得られ、EIT が消失する事を明らかにし、モデルの有効性を示した。BDS-DNSは実用計算には不向きであるため、BDS-DNSのモデルを高分子応力の構成方程式によるDNSに適用可能なモデルに拡張し、計算時間の削減、BDS-DNSと同等な両型間の概周期的な変動と抵抗低減が得られることを示した。更に、反変型の磁場から成るMaxwell応力を付加したMHD乱流のDNSを行い、伸長が大きな磁場は飽和して磁場エネルギーの流体散逸への伝達が起きる事を示した。また、共変型のスカラー勾配から成る応力を付加したスカラー場のDNSを行い、スカラー勾配が反変的な渦度より伸張が大きい事と共変型高分子と整合する抵抗低減が得られる事を示し、反変性と共変性要素が有する特性の普遍性を明らかにした。

In this study, で で, the flow of <s:1> polymers in the polymer addition solution, the analysis of を finger pointing, the locking of をdumbbellで, the approximation of <s:1> た, and the BDS-DNS method を are used in た た. Dumbbell が solvent の - shaped に follow す る anti - sex の 仮 set が with い ら れ て to た が, anti - は middle numerical の polymer エ ネ ル ギ ー generated を bear い, large elongation が き い occasions, polymer エ ネ ル ギ ー を solvent の dissipative に 伝 da す る EIT が 発 raw し low, low resistance decrease が す る. Past の research に お い て, non follow が の largest - type dumbbell で は, anti - type above の elongation と polymer エ ネ ル ギ ー generated が must ら れ て EIT が inhibit さ れ, struck は mutual い に phase of な "を cut fruit た を す things in し た. Can be interstate は non follow が - に な る と exam え ら れ, not follow が availability - な new rules モ デ ル の build を い, technology be use of the を 図 っ た. Dumbbell の back planning に よ る match to の variations in を non follow intensity の rights reduce に Qiao り 込 ん で variations can be を import し turbulence, and the others party に お い て 検 card し た. Follow sex を remove し た occasions, be interstate に type anti - か ら altogether - type へ が up き の migration, struck between の variations in が almost periodic に repeated さ れ を る things in し た. Anti - type で は, elongation direction か ら weeks direction へ の match to the variations in に よ り EIT が low cut さ れ る が, maximum の low resistance decrease は, anti - type か ら altogether - type へ の migration に よ り have ら れ, EIT が disappear す る matter を Ming ら か に し, モ デ ル の have sharper sex を shown し た. BDS - DNS は be compute に は to き で あ る た め, BDS - DNS の モ デ ル を polymer 応 force の constituent equation に よ る DNS に may apply な モ デ ル に company, zhang し, computing time の cut, BDS - DNS と equal な struck between の almost periodic type of な - move と resist low が reduction ら れ る こ と を shown し た. More に, anti - の magnetic か ら into る Maxwell 応 force を plus し た MHD turbulence line の DNS を い, large elongation が き な は saturated magnetic field し て magnetic エ ネ ル ギ ー の fluid dissipative へ の 伝 da が up き を る things in し た. ま た, altogether - の ス カ ラ ー hook with か ら into る 応 force を plus し た ス カ ラ ー field の DNS を い, ス カ ラ ー hook with が anti - な vorticity よ り stretching が big き と い matter altogether - type polymer と integration す る resist low が reduction ら れ る matter を と し, anti - sex - total factor が have す る features universality の を Ming ら か に し た.

项目成果

Seminar: Haliselbon dumbbell model

研讨会：Haliselbon 哑铃模型

一様せん断粘弾性乱流における働く高分子と働かない高分子の相補性

均匀剪切粘弹性湍流中工作聚合物和非工作聚合物的互补性

• 发表时间: 2017
• 作者: 加藤秀征;堀内潔
• 通讯作者: 堀内潔

ハリセンボン型 dumbbell モデルによる高分子添加溶液乱流の多重スケール解析

使用豪猪哑铃模型对添加聚合物的溶液中的湍流进行多尺度分析

• 发表时间: 2018
• 作者: Kiyosi Horiuti;K. Horiutii and R. Kanzaki;加藤 秀征，神崎 諒平，堀内 潔
• 通讯作者: 加藤 秀征，神崎 諒平，堀内 潔

A hybrid contravariant and covariant elastic dumbbell model for polymer-diluted turbulent flows

聚合物稀释湍流的混合逆变和协变弹性哑铃模型

• 发表时间: 2017
• 作者: Kiyosi Horiuti;Aoi Suzuki
• 通讯作者: Aoi Suzuki

IST, Universidade de Lisboa/Universidade de Porto(ポルトガル)

IST，里斯本大学/波尔图大学（葡萄牙）