電気流体力学に関連する界面現象の数値解析的研究

电流体动力学相关界面现象的数值分析研究

• 批准号: 22K03910
• 负责人: 山本 恭史
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kansai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03910/
• 关键词: 流体工学; 電気流体力学; 境界要素法; 積分公式; 表面張力; 微小スケール

本研究課題では，界面を含む電気流体力学のための新しい数値解析手法を提案し，これまで経験的にしか扱われてこなかった現象について，モデルを用いない直接数値解析により，物理の解明を目的とする．具体的には，界面を含む混相流体の数値解析手法であるFront-tracking法と，電場解析に境界要素法を組み合わせることで，これまでにない高精度に界面近傍の電気力を表せる，数値解析手法を開発することである．本研究で行うことの1つ目は，電場を境界要素法で扱うこと（Electric Boundary Element Method）と，混相流をFront-tracking法で扱うこと（Multiphase Front-tracking Method）を合体した，新しいシミュレーター（EBE-MFT simulator）の開発である．初年度はこのオリジナルの電気流体力学シミュレーターの開発に注力した．境界要素法による解と発散定理による厚みの無い面での情報，それを流体計算に反映させる方法など，数学的・物理的に本質を表現し得る手法を検討し，コードを作成した．特に，境界要素法で必要な特異点を含む積分について，精度の悪い数値積分ではなく，発散定理などを利用して解析的に積分できる公式を導出し，高精度な計算を理論上可能にした．混相流シミュレーターの改良のために，テイラー気泡のシミュレーションの検証，濡れモデルの検証，マランゴニ対流の検証，シャープな界面の取り扱いについて検証した．開発したシミュレーターで電場中の液滴の挙動（理論解のあるシンプルな系）を計算し，液滴の形状変化の縦横比，内部循環流動などが再現できるかを検証した．残念ながら，理論と一致すべき点（液滴が真球形を保つ条件）が一致しておらず，数式とコードを再検証中である．

This research topic is to propose a new numerical analysis method for interface electrohydrodynamic phenomena, and to solve physical problems directly. The numerical value analysis method of interface mixed phase fluid is Front-tracking method, electric field analysis method and boundary element method. In this study, the Electric Boundary Element Method and the Multiphase Front-tracking Method are combined to develop a new EBE-MFT simulator. In the early years, attention was paid to the development of electrohydrodynamic systems in the field of hydrodynamics. The boundary element method is used to solve the problem and the dispersion theorem is used to solve the problem. The method of fluid calculation is used to reflect the problem. The method of mathematical physics is used to express the problem. In particular, the boundary element method requires special points, including integration, accuracy, numerical integration, dispersion theorem, analytical integration formula, and high accuracy calculation theoretically possible. The improvement of mixed-phase flow system is discussed in detail, including the identification of mixed-phase flow system, identification of mixed-phase flow system, identification of mixed-phase flow system, identification of mixed-phase flow system, identification of mixed-phase flow system and identification of mixed-phase flow system. Calculation of droplet motion in an electric field (theoretical solution), cross-section ratio of droplet shape change, and internal circulation flow reconstruction. The theory and the consistency point (the condition for the true spherical shape of a droplet) are consistent, and the mathematical formula and the re-verification point are consistent.

项目成果

GNBC-Front-tracking 法による凹凸を有する固体面上における濡れを考慮したシミュレーションコードの開発

使用 GNBC-Front-tracking 方法开发考虑不平坦固体表面润湿的模拟代码

• 发表时间: 2023
• 作者: 野口昭治;堀田智哉;横尾 拓海，須山寛，瀬戸口 恵一，米本 幸弘，川原 顕磨呂;Hirotaka Kato;岩本良紀，山本恭史
• 通讯作者: 岩本良紀，山本恭史