| Project/Area Number |
19H02066
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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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 | Osaka University |
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Principal Investigator |
Kajishima Takeo 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 招へい教授 (30185772)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 伸太郎 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (50372628)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
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| Keywords | 流体工学 / 混相流 / 乱流 / 粒子 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
流体の中に多数の固体粒子が分散した流れは工業装置や自然界あるいは生体内に幅広く観察され、ほとんどは乱流の状態にある。これを分散性混相乱流という。この流動を統一的に扱う数値シミュレーション手法が確立されれば、現象の解明にとどまらず、優れた輸送機能を有する媒体の開発、装置の設計、現象の制御にも強力な手段となる。本研究は、分散粒子と乱流に対してそれぞれ発展してきた理論的な扱い（数理モデル）を統合できる体積平均方程式系を確立し、例えば（流体だけでは相反する）抵抗低減と伝熱促進を両立させる混相乱流輸送現象を新規に見出し、そのメカニズムを解明することにより、提案する手法の有用性を検証する試みである。
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| Outline of Final Research Achievements |
As a proper basis of numerical method for multiphase turbulent flows, we derived an integrated average equation based on local volume averaging for direct and large-eddy simulations of particle-laden turbulent flows. The solid-fluid interaction force terms and subgrid-scale stress terms within the control volume were extracted. It was verified that the framework of our integrated average equation is effective for our purpose, within the condition in which existing models can be applied. As an application example, we attempted to explore the conditions for non-similar transport of momentum and heat in solid-liquid two-phase turbulent flows. But, we faced the necessity to simulate the collective behavior of particles laden in at high concentrations. Then, in order to deal with the conditions with a realistic computational capacity, we constructed and implemented an extended lubrication model that can be applied to narrow passages between particles.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
混相流と乱流の数値シミュレーションでは従来、それぞれの分野で慣用的な（しばしば明確に定義されていない）平均化方程式と物理モデルが用いられてきた。多相系の乱流に対しては、それぞれの既存のモデルの欠陥だけでなく、単純な組み合わせによる不整合が解消されていないため、普遍的な解析方法が確立されていない。本研究で導出した統合平均方程式は、放置されてきたこれらの問題を解決する指針を与える。
省エネルギーに寄与する流動抵抗の低減と伝熱の促進の両立は、単相流では困難であるが、混相状態にすれば実現できるかもしれない。本研究は、運動量と熱の非相似輸送条件を探索するための数値シミュレーション法の構築の基盤となる。
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