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二相系格子ボルツマン法を用いたマイクロチャネル内における複雑流動現象の解明

Research Project

Project/Area Number 16760122
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

吉野 正人  信州大学, 工学部, 助教授 (00324228)

Project Period (FY) 2004 – 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords気液二相流 / 格子ボルツマン法 / マイクロチャネル / 複雑流 / 多孔質構造 / MEMS
Research Abstract

平成17年度は,前年度開発された計算手法を用いて,固体を含む流れ場の気液二相流問題の解析を行った.
まず,壁面に接触する気泡の問題において,壁面との静的接触角および接触面積の変化について調べた.気泡は壁面の濡れ性によって接触する形状が異なり,静的接触角が小さくなるほど壁面に広がりやすく,気泡の厚みが小さくなることがわかった.また,静的接触角の計算結果は,Youngの理論に基づく値と良く対応する結果が得られた.さらに,気泡と壁面の接触面積の時間変化は,Laviら[Colloid Surface A 250 (2004) 409]の実験データと良く一致することが示された.
次に,傾斜した壁面を滑り落ちる液滴の問題において,液滴の挙動ならびに二種類の動的接触角(前進接触角および後退接触角)について調べた.いずれの濡れ性に対しても,各接触角の間の関係は,Sikaloら[Exp.Therm.Fluid Sci.29 (2005) 795]が行った実験と同様な傾向を示した.また,液滴は先端が尖った形状で落下し,静的接触角が大きくなるほど液滴は落下方向によく引き伸ばされる傾向が見られた.これらの結果から,本手法は動的な接触に対しても有用であると言える.
最後に,マイクロな隙間流路内における気泡流問題の一例として,三次元ダクト内に複数の物体を含む流れ場の気泡流解析を行い,上昇する気泡の挙動および速度ベクトルについて調べた.物体表面の濡れ性を変化させて計算を行ったところ,静的接触角の小さい(物体表面が親水性)ケースでは気泡は物体が密になっている間を通って上昇するのに対し,静的接触角の大きい(物体表面が疎水性)ケースでは物体が疎になっている空間的に広い部分を通って上昇する傾向が見られた.
以上のことから,本手法の妥当性ならびに複雑流路内の二相流問題への有効性が示された.

Report

(2 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2005 2004

All Journal Article (9 results)

  • [Journal Article] 格子ボルツマン法による水平二流体の界面成長シミュレーション2005

    • Author(s)
      吉野 正人(共著)
    • Journal Title

      計算数理工学論文集 5

      Pages: 79-82

    • NAID

      120007101318

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Lattice Boltzmann simulation of liquid-gas flows through solid bodies in a square duct2005

    • Author(s)
      Masato Yoshino(共著)
    • Journal Title

      Proc.of the 14th Int.Conf.on Discrete simulation of fluid dynamics in complex systems

      Pages: 74-74

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 格子ボルツマン法による物体を含む流れ場の三次元気泡流解析2005

    • Author(s)
      吉野 正人(共著)
    • Journal Title

      日本機械学会 2005年度年次大会 講演資料集(2) 05・1

      Pages: 101-102

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 格子ボルツマン法を用いた平板に落下する高粘性流体の噴流シミュレーション2005

    • Author(s)
      吉野 正人(共著)
    • Journal Title

      日本機械学会 第18回計算力学講演会講演論文集 05・2

      Pages: 609-610

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 格子ボルツマン法による濡れ性を考慮した物体まわりの気泡流解析2005

    • Author(s)
      吉野 正人(共著)
    • Journal Title

      日本流体力学会 第19回数値流体力学シンポジウム講演要旨集

      Pages: 118-118

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Lattice Boltzmann simulation of bubble flows in a three-dimensional channel including solid bodies2005

    • Author(s)
      Masato Yoshino(共著)
    • Journal Title

      Proceedings of the Fourteenth International Conference on Discrete Simulation of Fluid Dynamics in Complex Systems (発表予定)

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 二相系格子ボルツマン法による多孔質構造内における気泡流の数値解析2004

    • Author(s)
      吉野 正人(共著)
    • Journal Title

      計算数理工学論文集 4

      Pages: 47-52

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  • [Journal Article] 多数の球を過ぎる流れ場における乱流現象の数値解析2004

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      吉野 正人(共著)
    • Journal Title

      計算数理工学論文集 4

      Pages: 53-56

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  • [Journal Article] Fluid flow analysis by finite element method using arbitrarily deformed elements (Proposal of the GMSR-method)2004

    • Author(s)
      Masato Yoshino(共著)
    • Journal Title

      International Journal for Numerical Methods in Fluids 46・12

      Pages: 1181-1199

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      2004 Annual Research Report

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Published: 2004-04-01   Modified: 2016-04-21  

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