2021 Fiscal Year Annual Research Report
Accurate interface capturing for two-phase flow simulation with immersed boundary method
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18K03937
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
高橋 俊 東海大学, 工学部, 准教授 (60553930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福田 紘大 東海大学, 工学部, 准教授 (60401684)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 数値流体力学 / 混相流 / 熱流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体，気体，液体などの相界面を含む工学的に重要な流れ場の精度良い予測手法の開発と応用に向けて，直交格子を用いた埋め込み境界法を応用した数値流体解析の研究を実施してきた．当初より目的としてきたエンジンオイルの流動現象の解析に対しては，自動車用エンジン内部のピストン周りで生じるエンジンオイルと燃料の混合現象を捉えるため，レベルセット法にさらにVOF法を応用した気液液三相流解析手法の研究と応用を行った．具体的にはピストンのトップランドとトップリング周辺部に着目してエンジンオイルが燃料によって希釈されるメカニズムを解明するために解析を実施した．その結果，オイル・燃料の混合が，ピストンの慣性力による強制的な移流とピストンリングの運動とも関係しながら複雑に生じることがわかった．また流れ場中に多数の粒子が存在する固気混相，固液混相流れでは，本研究で培ったレベルセット関数に基づく界面表現を応用して，噴霧流や管内流，生体内流れに技術を転用して解析を行った．具体的には，噴霧流の解析では離散要素法を応用した尿素SCRシステムの解析に応用して，データ同化の技術も応用することで実験の噴霧流を再現できることを示した．管内流の研究では非ニュートン流体中に含まれた多数の粒子の解析に適用して，可視化実験との定性的，定量的な一致を確認した．相界面における熱輸送を伴う問題については，固気界面，気液界面における熱伝導現象の再現に取り組み，工学問題への応用という観点から一定の成果を得た．固気界面の解析では超音速流れ中の空力加熱予測の解析手法を開発して，Euler解析と境界層近似を応用した手法で実験の傾向を再現することを示した．固液界面の解析ではヒートパイプの基礎物理を調査する解析を行って，実験で計測された熱輸送との定性的な傾向の一致を確認した．
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