LESモデルによる混相流数値解析法の開発と評価

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08405017
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小林 敏雄 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 教授 (50013206)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村井 祐一 福井大学, 工学部, 助手 (80273001) ; 高木 周 東京工業大学, 工学部, 助手 (30272371) ; 大島 まり 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (40242127) ; 佐賀 徹雄 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (30013220) ; 谷口 伸行 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10217135)
• Keywords: 混相流 / モデリング / LES / 乱流 / 気泡流 / 分散相 / 気泡の挙動 / 画像処理

Research Abstract

本研究は,分散系の混相流についてLESにおけるモデルを構築することを目的としており,その評価と最適化を主に数値シミュレーションにより行うものである。本年度は主に気泡流を対象として,この目的を達成するために,気泡流動の直接シミュレーションを通しての混相流モデルの研究,分散粒子モデルをLESへ導入するための基礎研究,分散系混相流LESプログラムの仕様設計および試作,および混相流動の画像処理計測法についての技術的検討を行った.まず,混相流モデルの研究では,変形単一気泡を直接数値計算するコードを開発し,そのデータベースを下に平均化方程式を閉じる際に必要となる構成方程式の導出を重点的に行った。気泡や粒子に働く力を粒子レイノルズ数0〜200ぐらいまでの比較的広い範囲で考慮し,分散相特有のレイノルズ応力の解析とモデル化を試みた。分散粒子モデルのLESへの導入の研究においては,流れに影響を与えないPassive Scalerモデルの数値シミュレーションを行い,時間,空間刻みに対する解析精度,モデル定数および定式による影響などについて詳しく検証した。また,平均化方程式を用いる方法については高レイノルズ数層流においてモデルの提案を行い評価を行った。分散系混相流LESプログラムの仕様設計および試作の課題においては,対象流れ場として混合層,噴流およびチャンネル流に限定し,分散系混相流LESプログラムの基盤となる単相流LESコードを構築した。混相流動の画像処理計測法についての研究では,高レイノルズ数乱流現象の解像度,混相流の各相別の速度,温度の計測,気泡の変形・干渉などの観点から技術的な再検討を行い,光学系,画像処理システムの課題を明らかにした。

Research Products

• [Publications] ボ-ジン・ドネブスキー: "ディジタル画像処理の二相流への適用 第1報-気泡画像の抽出" 生産研究. 48. 347-350 (1996)
• [Publications] ボ-ジン・ドネブスキー: "ディジタル画像処理の二相流への適用 第2報-気泡の動的解析" 生産研究. 48. 351-354 (1996)
• [Publications] Akira Yoshizawa: "Modeling of the Dynamic Subgrid-Scale Viscosity in Large Eddy Simulation" Physics of Fluids(American Institute of Physics). 8. 2254-2256 (1996)
• [Publications] 坪倉 誠: "改良型Dynamic sub-grid scale modelのチャネル乱流による評価" 日本機械学会論文集(B編). 62. 3015-3022 (1996)
• [Publications] 坪倉 誠: "スケール相似則モデルの併用によるダイナミックSGSモデルのチャネル乱流LESによる検証" 日本機械学会論文集(B編). 62. 3292-3299 (1996)
• [Publications] Nobuyuki Taniguchi: "Large Eddy Simulation of Flows Around a Bluff Body-Effects of Upwind Schemes-" China-Japan Workshop on Turbulent Flows-CJWTF'96. 1-18 (1996)
• [Publications] 大島 まり: "有限要素法によるLESの運動量保存性" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 96. 113-114 (1996)
• [Publications] ボ-ジン・ドネブスキー: "沸騰気泡の画像解析" 可視化情報. 16. 11-14 (1996)
• [Publications] 田中 亮成: "ダイナミックSGSモデルの差分法による定式化とチャネル乱流による評価" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 150-151 (1996)
• [Publications] 朴 南燮: "チャンネル内立方体障害物周辺の流れのLESとQUICKの影響について" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 172-173 (1996)
• [Publications] 小林 元: "非圧縮性流体の有限要素法解析における運動量保存性と格子依存性" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 332-333 (1996)
• [Publications] Marie Oshima: "Development of Filtering Operation for Dynamics SGS Model Using Finite Element Method" The Second ERCOFTAC Worksphp on Direct and Large Simulation. (1996)
• [Publications] Nobuyuki Taniguchi: "Large Eddy Simulation Using Finite Difference Method and Finite Felment Method" 2nd.ASIA Workshop on Computational Fluid Dynamics. 39-44 (1996)
• [Publications] Shu Takagi: "Numerical Analysis of a Single Rising Bubble Using Boundary-Fitted Coordinate Systems" JSME International Journal,Series B. 40. 42-50 (1996)
• [Publications] 高木周: "静止流体中を上昇する球形気泡に働く"" 日本混相流学会誌. 10. 264-273 (1996)
• [Publications] Shu Takagi: "Unsteady Motion of Rising Bubbles" Proceedings of The Japan U.S.Seminar on Two Phase Flow Dynamics. 29-32 (1996)
• [Publications] Shu Takagi: "Force Acting on a Rising Bubble in a Quiescent Liquid" Proceeding of the 1996 Cavitation and Multi-Phase Forum,ASME. (1996)
• [Publications] 谷口 伸行: "差分法および要素法LESにおけるダイナミックSGSモデルの評価" 生産研究. 49. 11-18 (1997)
• [Publications] 坪倉 誠: "平面衝突噴流のLES(第1報)" 生産研究. 49. 31-34 (1997)
• [Publications] 坪倉 誠: "平面衝突噴流のLES(第2報)" 生産研究. 49. 35-38 (1997)
• [Publications] ボ-ジン・ドネブスキー: "ディジタル画像処理の二相流への適用 第1報-気泡画像の抽出" 可視化情報. 17. 51-55 (1997)
• [Publications] Yuichi Murai: "Measurements of Bubble Motions in Bubble Plumes using Image Processing" Proc.of the 4th Asian Symposium on Visualization. 365-370 (1996)
• [Publications] Yuichi Murai: "Numerical Simulation of Turbulent Bubble Plumes using Eulerian-Lagrangian Bubbly Flow Model Equations" Proc.of the ASME Summer Meeting of Fluid Engineering Division. 236. 67-74 (1996)
• [Publications] 村井 佑一: "上昇気泡流中気泡間相互作用力の影響" 混相流シンポジウム'96(第15回)講演論文集. 197-200 (1996)
• [Publications] 村井 佑一: "気泡間相互作用力を考慮した気泡流の数値解析" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 406-407 (1996)