固液混相乱流モデルを用いた粒子法の拡張とその移動床現象への応用に関する研究

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研究計画では, 数値移動床の実現のために, 1. 高精度粒子法を導入したMPS法べ一スの固液混相流モデルの構築, 2. 乱流モデルの導入およびモデルの再現性の検討, 3. 計算コスト肥大化解決のためのモデルの更なる高精度化の3点を目標としている.1. (1)粒子法の安定計算に必須である従来型の計算安定化スキームの問題点を取り上げ, 解決案としての新たな計算安定化スキームを開発した. 前年度に構築した高精度粒子法を導入したMPS法と個別要素法(DEM)との複数の連成解析手法に対し, 開発した安定化スキームによって, 流れ場の流速ベクトルにおける非物理的なノイズや固液両相の水中粒子の非物理的な挙動の除去が, 連成手法の如何に問わず可能であることを示した, (2)さらに, 異相界面の境界条件モデルを新たに改良することで, モデルの体積保存性を確保しつつ, より数値安定性と精度に優れる計算モデルを構築した. 本モデルでは, 従来型の粒子法では再現が困難であった固相境界周りの複雑流(カルマン渦)の再現に成功するなど, 異相界面における計算精度の大幅な向上を得た.2. 乱流モデル導入の際に重要となる平均流場の算定精度向上を目的に, MPS法における粒子間相互作用力算出のためのカーネル関数を検討し, 高精度粒子法に対してより適用性の高い重み関数の導入を実施した. これにより, 圧力擾乱の効果的な抑制に成功した.3. 上記の各モデル改良から, 物理素過程により忠実な構成を確保しつつ, 計算安定性を大幅に向上させることに成功した. その結果, 計算時間刻みをより大きく設定した場合にも, 安定した計算を得ることが可能となり, 粒子法を用いた高解像度固液混相流計算のための枠組みが整った.