2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of multi-physics simulator for process optimization of waste treatment by water plasma
| Project/Area Number |
16K13737
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
茂田 正哉 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (30431521)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 計算物理 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
他のプラズマと比しても特殊な水プラズマによる革新的な廃棄物無害化処理プロセスを対象とし、１万℃に及ぶ超高温環境での流動現象と物質分解機構や有害副生成物の再合成・輸送機構を再現・予測できる電磁流体力学・プラズマ伝熱学・化学反応学を重畳したマルチフィジックスシミュレータを開発することを目的として、研究を遂行している。2018年度は、それまでに開発してきたプラズマの複雑熱流動場を高次精度でシミュレートするための計算手法を用いて、超高温のプラズマと低温の電離気体が共存し相互作用する環境において発現する流体力学的不安定性による渦群形成過程とその領域で均一核生成・不均一凝縮・粒子間凝集を経て集団的に生成・成長する超微粒子の輸送過程を明らかにし、さらには外部磁場を印加することでそのような現象をコントロール可能であることを示した。さらに固液混合物質の分解・流動シミュレータの実現を目指して開発中のDistinct Element Methodと非圧縮性Smoothed Particle Hydrodynamics Methodを組み合わせて用いた連成計算によって、プラズマによって溶融する金属・スラグ・フラックスといった物質が混在する系における表面変形・溶落ちおよび温度差に起因する表面張力勾配が駆動するマランゴニ対流を伴う複雑流動現象のシミュレーションに成功した。また常温からプラズマ温度領域に渡る水の輸送係数および熱力学特性といったマクロスケールの特性を原子・分子スケールから算出するためのモジュールを開発した。
|
