2018 Fiscal Year Annual Research Report
乱流中での球形および非球形大粒子の衝突機構に対する数値研究
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16H04271
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
大西 領 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球情報基盤センター, グループリーダー (30414361)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 伸太郎 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50372628)
Kolomensk Dmitry 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球情報基盤センター, 特任研究員 (00813924)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 混相流 / 粒子解像計算 / 粒子衝突 / 乱流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
開発した埋め込み境界法に基づく粒子解像直接数値計算（DNS）法を用いて、粒子レイノルズ数Repが1よりも大きい大粒子間の衝突統計量の取得を継続した。具体的には、始めに、層流の中の多数粒子系を対象として、衝突頻度、クラスタリング効果を定量的に明らかにした。さらに、乱流の中の多数粒子系を対象として同様の解析を行った。最大規模の計算として2000^3格子程度の超大規模計算にも成功した。そして、乱流クラスタリング統計量を得ることができた。粒子慣性、粒子サイズを様々に変化させて得られた統計量を解析することにより、粒子間衝突や粒子クラスタリング機構に及ぼす有限サイズ効果や粒子周り流れを介した粒子間反発力の影響も明らかにした。以上により、これまでに得られたことのない乱流衝突統計量を取得することができ、球形・大粒子間の乱流衝突機構を解明することができた。
また、複数の非球形粒子が接近する際に作用する潤滑を考慮する手法を開発した。開発した手法は、従来の Reynolds 潤滑方程式が仮定する極めて狭い隙間の流れに限定されず、非Poiseuille 流れに基づく潤滑モデルであるという特長を有する。これにより任意形状物体間の潤滑問題へと一般化が可能になる。さらに、解析解および直接数値計算解との比較を通して、その有効性を確認した。今後、平成２９年度に実施した潤滑解の埋め込み手法と併用することでより効率のよい数値解法への展開が期待できる。以上の成果を７件の査読付き論文誌として発表した。
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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
これまでに、計算モデルおよび計算コードの開発が順調に進み、物理の解析を開始することができた。大規模計算の実施も可能となり、今後、研究進捗が加速されると期待できる。また、開発したコードや得られた解析結果に関して査読付き論文誌という形で多数の成果発表も行っており、順調な進捗を継続できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本課題は海洋研究開発機構と大阪大学との共同課題である。両者の知見を積極的に共有するために、お互いが定期的に訪問し合い、研究会のような形で議論を交えていく。このような交流を通じ、乱流中での大粒子の衝突機構の解明を推進するだけでなく、最終年度である令和元年度には、得られた成果を対外的に発表する場として、オープンな共同ワークショップを開催することで、成果の積極的な発信にも努める。
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