Multiscale thermo-fluid dynamics and its universality of Helium near the critical point

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K05852
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 岡村 崇弘 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (90415042)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 直接数値計算 / 超臨界ヘリウム / 放出シミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

以下前年度から継続して行った．
Pr>>1で見られる速度場の最小スケールと温度場の最小スケールにおいて隔離が生じるような系における計算コードの開発を行ってきた.この計算は原始関数ならびに物性値とメモリ使用量の関係からGPUではなくCPUを用いた計算コードに変更し,さらに妥当性を効率的に検証するためにまずは2次元コードから作成した.計算モデル・コードの妥当性を見るためには,極力離散化処理に伴う数値粘性・数値振動等のゴースト解の出現を抑える必要が有り,本年度は2次元の等間隔メッシュを採用し,特に空間離散化については5次精度コンパクトスキームを用い,境界部その隣接ノードについてはそれぞれ3次精度・4次精度のコンパクトスキームを用いている.またアプリケーションとして超臨界状態のヘリウムガスが大気に放出された際の周囲の酸素濃度の時間変動をみるための放出挙動予測計算を行った.これは1成分系から2成分系の拡張が必要であるが,計算スキーム等は流用した.特に極低温のヘリウムが室温環境下に放出されるため,厳密にはソレ効果，デュフォ効果の効果を取り込むことが必要と思われるが現時点ではこれらについては考慮されていない．これらの効果を陽に含まない場合について，トンネル内やホール内などの比較的規模の大きい空間内に複数ヶ所に設置されたラプチャーディスクから同時多発的にヘリウムが放出された際の３次元的流体の時間発展挙動や酸素濃度変動について定量的に評価するプログラムが完成した．