Fundamental study on interactions between small solid particles and turbulence
| Project/Area Number |
18K03925
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
渡邊 威 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30345946)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 乱流変調 / 固体粒子群 / 質点近似計算 / 大規模シミュレーション / 質点近似粒子群 / 固体粒子 / 乱流 / 大規模計算 / 有限サイズ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は、微小固体粒子群による乱流変調の解析に用いられる、質点近似された固体粒子と流れ場との相互作用に関する計算方法の妥当性や限界を検証することにある。第一原理に近い手法である粒子周りの流れを解像した粒子群と流れ場の相互作用の解析と、質点近似した粒子と流れ場の相互作用の解析結果を比較することで、その問題点を明らかにすることを目指している。
質点近似計算においては、抗力の評価式としてストークス抵抗を仮定した解析が行われている。粒径が流れ場の計算格子間隔に比べて十分小さい場合、ストークス抵抗に含まれる流体速度の評価はさほど大きな問題にならないが、両者が同程度のオーダーになると粒子自身が与える速度場への擾乱の影響を考慮し、非擾乱速度を用いてストークス抵抗を評価する必要がある。しかしこの非擾乱速度は一意には決められず、過去に様々な手法が提案されてきた。そこで本年度はこの非擾乱速度を求める手法の一つとして提案されているHorwitz and Mani (2016)の方法をスペクトルDNS法へ適用する方法について検討を行った。擾乱速度場から非擾乱速度を推定する際に用いる係数値が、スペクトル法の計算方法ではどのような値を示すか具体的な計算を行い、その妥当性や問題点について検証を行った。その結果、得られた係数値から求めた非擾乱速度は単一粒子周りの流れから得られる理論的な予測値と矛盾しない結果が得られることが確認された。
また、昨年度以前から進めてきた、Volume Penalization法を用いた有限球形粒子と乱流場の相互作用についての解析を発展させて、粒子形状が乱流変調に及ぼす影響について解析を行った。その結果、粒子群の体積分率が同じでも、粒子形状の違いによって乱流運動エネルギーの減衰に変化が生じることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度以前に取り組んできた有限サイズ粒子による流れ場と粒子群とのカップリング計算にかかる計算コストの問題点や、本年度の質点近似計算における問題点の解決など、単純な流れ場において両者を比較するための計算方法の細部を詰めることができた。今後の結果の整理にある程度見通しが立つ状況になったと判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
非擾乱速度場の評価方法の目途がたったので、乱流場と質点近似粒子群の相互作用の解析を進め、これを昨年度までに得られた有限サイズ粒子による結果との比較を進めることがまずは大きな目標となる。特に空間的に固定配置された粒子群による乱流変調についての結果を示したいと考えている。
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Report
(5 results)
Research Products
(36 results)
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[Journal Article] Cloud Turbulence and Droplets2019
Author(s)
Izumi Saito, Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe
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Journal Title
Gorokhovski M., Godeferd F. (eds) Turbulent Cascades II. ERCOFTAC Series
Volume: 26
Pages: 179-187
DOI
ISBN
9783030125462, 9783030125479
Related Report
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