2017 Fiscal Year Annual Research Report
エネルギー保存性の高い高精度粒子法の開発及び改良型気液二相流モデルの構築
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17J01360
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
清水 裕真 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | MPS法 / 高精度粒子法 / 気液混相流 / エネルギー保存性 / 数値シミュレーション / 数値波動水槽 / 境界条件 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度における課題は，(1)気体との相互作用を考慮した高精度気液二相流計算モデルの構築，(2)エネルギー保存性の検証およびその改善であった．
(1)について，気液二相流計算は，二相間の密度差が極めて大きいことに起因して，界面近傍において生じた圧力擾乱に対し特に計算が不安定となる．この問題に対して，気液相を分離して個別に計算し，両相の接続は界面に配置した仮想粒子に境界条件を付与することで行う高精度気液界面条件モデル（Phase Potential Particle法）を開発した．ベンチマークテストを通したその導入効果の検証では高精度かつロバストな計算結果が得られており，研究課題の柱となる重要なことがらについて進展があったといえる．
(2)については，高精度自由表面境界条件モデル（SPP法）の導入を実施し，エネルギー保存性の向上を図った．また，エネルギー保存性の厳密な議論のためには乱流によるエネルギー損失の評価が不可欠となることを考慮し，混相流場に対してLES型乱流モデルを導入した高解像度計算を実施した．本計算結果を通じた検証によって，乱流モデルの導入により，混相流場においても乱流およびその乱れエネルギーの一定の評価が可能であることを確認した．
これらの成果は，主要国際学術誌へ投稿を完了しており，現在査読中である他，国際会議にて発表が受理されている．
また，エネルギー保存性に関するシミュレーションにおいて，壁面境界におけるエネルギー減衰の可能性が示唆された．そのため，今後は壁面境界条件にも注目し解析を行っていく．
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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
研究実績の概要欄にて詳述した通り,研究実施計画案に記載した2つの課題に対する解決案を着実に進めている.提案モデルにより，エネルギー保存性の満たされた気液二相流解析の実現が期待される．
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| Strategy for Future Research Activity |
砕波をはじめとした激しい自由表面変動，封入空気塊および多数の飛沫粒子を伴う現象の高精度気液混相流数値シミュレーションのためには，現モデルをさらに発展させ，更なるロバスト性を得ることが望ましい．現在は，界面における圧力の投影についてモデルの高度化に取り組んでいる．また，エネルギー保存性の向上のため，壁面境界についても検証を進めていく．
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