大規模渦構造特性に着目した気泡プルームの流動構造の解明…新しい混相乱流モデルによる数値解析と室内実験による検証…

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研究代表者は,ここ数年来,土木工学で扱うことの多い「大規模・高濃度」混相流場にも適用可能にし得る新しい混相乱流モデルを開発している.これは,既存のオイラー型とラグランジュ型のモデルのそれぞれの長所を合理的に取り込み,かつ,LESの枠組みに適合するような新しい分散相モデルであるGALモデルを構築し,そのGALモデルに基づいて混相乱流LESの枠組みを構築している(GAL-LESモデル).このGAL-LESモデルの妥当性や応用性を確認するために,一様密度場での気泡プルームの大規模渦構造に着目した計算を行うことを試みた.その結果,気泡混入口での気泡濃度を変化させると,流動場の大規模渦構造が大きく変化するとともに,それに連動する形で気泡濃度が大きなくせを持つ分布パターンとなることが明らかになった.さらに,密度成層中の気泡プルームに関する計算結果から,密度成層強度により流動パターンが大きく変化し,最終的に上下層の密度混合過程が多大な影響を与えられていることが示された.また,大規模渦構造が卓越する固液混相噴流場に関する室内実験を行い,流体相の大規模渦構造が粒子濃度の横断方向の拡散過程と密接に関与し,そこでの大規模渦構造の力学過程が明らかにされた.さらに,分散性粒子相(例えば気泡粒子)の高精度計算を実施する際に,GALモデルの保存物質の移流拡散シミュレーションに対する適用性を検討し,数値拡散を大幅に減少させる濃度再配分操作ルーチンを提案し,それの移流計算に対する有効性を検証した.