移動境界問題に対する数値解析手法の開発と混相流への適用

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750182
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高木 周 東京大学, 工学系研究科, 講師 (30272371)
• Keywords: 数値計算 / 移動境界 / 自由界面流れ / 変形気泡 / 粘性流体 / ナビエ・ストークス方程式 / 境界適合格子 / 反変速度物理成分

Research Abstract

境界形状の変化を伴う流れは,気泡や液滴・粒子を含む流れ,弾性管内の流れ,移動壁を伴う流れなど流体機械を始め,工学上重要となる様々な装置で見受けられる.そのため.これら移動境界流れを高精度で高速・安定に計算する手法の開発が望まれている.Level Set法,高精度VOF法,CIP法,Tryggvasonの界面追跡法など,矩形格子を用いたいくつかの新しい手法が最近開発されて来ているが,本研究では,これらの手法と著者らが開発してきた境界適合格子による手法との比較を行った.その結果,混相流の平均化方程式をモデリングする際重要となる,個々の気泡の挙動のシミュレーションに関しては,上記の新しい手法で十分信頼できる結果を提供できることを確認した.しかし,個々の気泡や粒子に働く力や,界面に付着する不純物の影響などを定量的に評価する場合には,気泡(粒子)表面近傍の薄い境界層を精度よく再現することが重要であり,そのためには境界適合格子を用いた手法が有力であることを示した.さらに本研究では,この境界適合格子による手法を用いて剪断流中に存在する気泡(粒子)に働く揚力を,定量的に評価し,従来の理論との比較を通し,既存の他者の数値計算結果の問題点などを示した.また,界面に付着する不純物が存在する場合に関しても,Marangoni効果を考慮にいれた計算を行い,従来の実験事実を説明することに成功し,境界適合格子を用いた手法の有効性を示した.

Research Products

• [Publications] 高木 周,松本洋一郎: "加速度運動する流体塊中における変形気泡の挙動" 日本機会学会論文集. 64・624B. 2483-2490 (1998)
• [Publications] Takagi,S.and Matsumoto,Y: "Numerical Study on the Forces acting on a Bubble and Particle" 3rd International Conference on Multiphase Flows,'98Lyon.CD-ROM
• [Publications] Matsumoto,Y.and Takagi,S: "Numerical Simulations of Multiphase Flows" Computational Fluid Dynamics Review 1998. Vol.II. 994-1010 (1998)
• [Publications] 高木 周,松本洋一郎: "自由境界流れの数値計算手法と混相流へのその適用" 第76期日本機械学会全国大会講演論文集. 98-3. 53-55 (1998)
• [Publications] Takagi,S and Matsumoto,Y: "Numerical Investigations of the Lift Force Acting on a Bubble and Particle" Proc.FEDSM'99,3rd ASME/JSME Joint Fluids Engineering.Conf.(発表予定). (1999)
• [Publications] Takagi,S.and Matsumoto,Y: "Numerical Analysis of a Rising Bubble in a Contaminated Liquid" Proc.FEDSM'99,3rd ASME/JSME Joint Fluids Engineering.Conf.(発表予定). (1999)