2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of the multi-phase thermal fluid simulator for the analysis of high temperature processes.
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17K06881
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
伊藤 公久 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10159866)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 粒子法 / シミュレータ / 熱流体 / 溶融金属 / スラグ / 化学反応 / 非ニュートン流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
数値流体力学の代表的なLagrange的手法の一つであるSPH法を用いて，熱流体解析シミュレータの開発を行い，以下の成果を挙げた。1) XSPH法を導入した気液混相流のシミュレーションプログラムを完成させ，水中を上昇する気泡形状の予測および浴表面への高速ガスジェット吹付シミュレーションを実施するとともに，実験による検証を行った。最終年度では，さらに伝熱や膨張を考慮したモデルを作成した。2) 流体プログラムに伝熱及び化学反応を連成させることで，溶融鉄浴中に打ち込まれた炭酸塩の熱分解シミュレーションを行った。まず，熱伝導方程式とStefan-Boltzmannの式をSPH法の解析コードへ実装し，解析解との比較を行うことで十分な精度を持つことを確認した。その後，フラックス球が鉄浴へと打ち込まれる際の挙動を計算し，時間変化する内部温度分布を追跡し，分解速度式を導入して計算を行った。さらに最終年度では，界面熱抵抗を導入したモデルを作成し，より実際に近い条件でのシミュレーションを可能にした。3) 凝固析出を伴う非ニュートン流体の解析プログラムを開発し，溶融スラグの顕熱回収プロセスのシミュレーションを行った。脱炭スラグの平衡状態図から固相率を概算し，双ロール式スラグ連続凝固プロセスにおけるスラグの凝固及び流動の予測を行い，最終年度には，界面熱抵抗を考慮したモデルの改良を行って，実機と良い一致を見た。4) 最終年度には回転剛体の打ち込みシミュレーションプログラムの開発を新たに開発し，水モデル実験の再現を行うことができた。5) 新たに固体の液体への溶解シミュレータを開発して，水モデル実験との比較を行った。以上1)から5)のシミュレーションによって得られた速度論パラメータを用いて，実プロセスの解析に資するべく，脱りんシミュレータの改良を行った。
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