革新的洗浄方法原理解明のための水蒸気・水混相噴流衝突速度における凝縮効果の解析

分析冷凝对水蒸气/水混合相射流冲击速度的影响，阐明创新清洁方法的原理

• 批准号: 21656048
• 负责人: 渡部 正夫
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21656048/
• 关键词: 混相流; 気液二相流; 液滴衝突; 気液界面; 分子気体力学; 凝縮; 数値解析

本研究では,研究代表者らが提案した水蒸気と水を混合しノズルから噴射する革新的混相噴流洗浄方法の基本原理を解明することを目的としている.具体的には,水蒸気中の水液滴が固体表面上の水液膜に衝突することにより発生する衝突圧力に着目する.この衝突圧力は,液滴衝突速度に大きく左右されるため,衝突速度を正確に見積もる必要があり,液滴界面および固体表面での凝縮効果を高精度で解析することが必要である.従って,分子気体力学を用いることが必要不可欠である.本年度は,昨年度構築した気体分子力学と連続体数値流体力学を融合させた数値解析スキーム開発のための基礎モデルの評価を行った.球対称一次元座標系を用いて,Gaussian-BGK-Boltzmann方程式に従う多原子分子気体が,球形液滴に凝縮する過程の数値シミュレーションを行った.液滴周囲の圧力分布を観察することにより液滴に働く抗力を算出した.気液界面の境界条件を支配する蒸発・凝縮係数に液滴抗力は大きく依存し,蒸発・凝縮が発生することにより液滴抗力が低下することを確認した.さらに,より現実的な系を取り扱うために,気体中に分子の占める体積が無視できないような高密度の気体に対して有効である,Enskog-Vlasov方程式を用いることを試みた.Boltzmann方程式の直接解法であるDSMC法を拡張したParticle Scheme法を用いて,単純な系においてEnskog-Vlasov方程式を解き,その有効性を議論した.また,液滴周囲気体が,不凝縮気体の場合と凝縮性気体の場合について,連続体数値流体力学ソフトウェアを用い,固体表面に衝突する液滴の速度変化の比較を行った.物理現象の特性時間の多重性のため,安定した計算を継続することが困難であった.気液界面における,蒸発・凝縮を支配する物理モデルの適切な粗視化が必要不可欠であることを確認した.

This study aims to clarify the basic principles of the innovative mixed-phase jet washing method proposed by the representative of the study. Specifically, water droplets in water vapor collide with water films on solid surfaces. The collision force is high, the collision velocity of the droplet is high, the collision velocity is correct, the condensation effect of the droplet interface and the solid surface is accurate, and the analysis is necessary. It is necessary for molecular physics to be used. This year, the construction of molecular mechanics and fluid mechanics, the integration of numerical analysis, the development of basic theory and evaluation. The Gaussian-BGK-Boltzmann equation is used to calculate the numerical value of the condensation process of a spherical droplet. The drop pressure distribution is observed and the drop resistance is calculated. The droplet resistance depends on the evaporation and condensation coefficient under the boundary condition of the gas/liquid interface, and the droplet resistance depends on the evaporation and condensation coefficient. In this paper, we try to solve the Boltzmann equation directly by using the DSMC method and the Particle Scheme method, and discuss the solution of the Enskog-Vlasov equation directly. In addition, the velocity variation of liquid droplets in contact with solid surfaces is compared with that of liquid droplets in contact with solid surfaces. The multiplicity of physical phenomena and their stability are difficult to calculate. The physical properties of liquid interface, evaporation and condensation control are necessary to confirm the coarse visualization.