2016 Fiscal Year Annual Research Report
臨界点を跨ぐ超臨界流体中におけるマルチフィジックス熱流動のメカニズム解明
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16H04261
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山本 悟 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (90192799)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古澤 卓 東北大学, 情報科学研究科, 助教 (80637710)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 数値流体力学 / 超臨界流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H28年度はまず、臨界点近傍における微小粒子の核生成モデルが不正確である点を改良した新たな非平衡凝縮モデルを開発した。既存のモデルは理想気体ならびに等温の仮定により導出されており、理想気体の状態方程式が組み込まれている。しかしながら、圧力と温度のわずかな変化で密度が大きく変化する超臨界流体は熱物性の非線形性が極めて強く理想気体の仮定からは逸脱する。本研究では、多項式型の一般状態方程式に基づく核生成モデルを新たに構築した結果、臨界点近傍の核生成に必要な自由エネルギーを正確に求めることができるようになった。二次元ノズルを通る高圧高温水蒸気流れの実験結果と比較して、既存のモデルでは再現できなかった、非平衡凝縮による圧力上昇を正確に捕獲することに成功した。本研究の成果は、J. Fluid Science and Technologyに掲載された。
次に、当初次年度以降に開発完了を予定していた超臨界流体の三次元熱流動解析コードが予想以上に順調に開発が進み、三次元円管内で疑似臨界温度を跨ぐ超臨界二酸化炭素の計算ができるようになった。得られた円管壁面での熱伝達率と実験結果を比較したところ良好な一致を示した。本研究の成果は、平成２９年１０月に沖縄で開催されるJSME-KSME Fluid Engineering Conferenceで発表する予定である。
H28年度に計画していた超臨界水素の熱流動解析、ならびに二次元翼列を通る超臨界二酸化炭素熱流動解析は、それらの実験データの入手が困難であるなどの理由により、H28年度に研究を完了するに至らなかったが、基礎となる解析コードの開発はほぼ完了した。
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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
H28年度計画していた新たな非平衡凝縮モデルは、当初の予定通り成功裏に開発することができた。また、三次元超臨界流体解析コードは当初の予定よりも早く開発することができた。一方で、当初予定していた超臨界水素の熱流動解析、ならびに二次元翼列を通る超臨界二酸化炭素熱流動解析は、それらの実験データの入手が困難であることがわかり、H28年度研究を完了するに至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度の研究進展状況を考慮して、H29年度はH28年度に開発した新たな非平衡凝縮モデルをより具体的な熱流動問題に応用する。まずはRESSプロセスにおける微小粒子生成問題に応用して、既存の計算結果と比較する。次に、H28年度に開発途上であった二次元翼列を通る超臨界二酸化炭素熱流動解析コードにも組み込んで、モデルの違いによる熱流動を比較する。さらに、H28年度に開発した三次元超臨界流体解析コードの妥当性をさらに検証するため、H28年度においては超臨界二酸化炭素を仮定した熱流動を、メタンもしくは水素に変更して同様の計算を実施する。
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