大規模数値シミュレーションによる沸騰伝熱機構の解明

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K05036
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大西 順也 東京大学, 生産技術研究所, 特任助教 (20376495)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ハイパフォーマンス・コンピューティング / 混相流 / 相変化 / 流体工学 / 熱工学

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，沸騰における気泡運動と，それによって誘起される流動，伝熱を総合的に理解することで，沸騰伝熱の定量的予測，制御を実現することを目的としている．具体的には，1)沸騰現象に対するマルチスケールシミュレーション技術の開発，2)気泡運動に伴う熱輸送機構の解明，3)ミクロ液膜の構造，生成・
消滅過程の解明，の3つの課題に取り組んでいる．

H30年度の研究では，昨年度までに作成した計算プログラムの妥当性を検証することを目的として，微細構造を有する固体壁面における気液界面挙動に関するシミュレーション，気泡成長・離脱に関するシミュレーションを実施し，液滴や気泡の形状，運動様式について，既存の実験やシミュレーションと比較した．特に，溝構造をもつ表面上の液滴挙動については，溝のアスペクト比，静的接触角に対するパラメトリック解析を実施し，理論解析や他の数値解析の結果と比較することで，液滴形状からフィラメント形状への転移現象が十分に高い精度で再現されることを確認した．また，気泡の成長および離脱については，過熱度，静的接触角に対するパラメトリック解析を実施した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

気液二相流現象のシミュレーションに対する計算プログラムの妥当性，精度の検証については順調に完了した．一方で，相変化を伴う沸騰現象に関する大規模解析については，計算資源が十分に確保できず，当初の計画通りには計算を実行することができなかった．また，データの補強のため予備計算を追加したため，想定以上に時間を要することになった．

Strategy for Future Research Activity

本研究の事業期間を延長する．そして，十分な計算資源を確保した上で，沸騰時の気泡挙動に関する解析を進め，過熱度や接触角に関するパラメータ解析を引き続き実施する．

Causes of Carryover

解析に遅れが生じたこともあり，本研究で得られた結果を次年度の国際会議で発表することにしたため．