2019 Fiscal Year Research-status Report
Study on anisotropic dispersion of particles in turbulence
| Project/Area Number |
18K13692
|
|---|
| Research Institution | Central Research Institute of Electric Power Industry |
|---|
Principal Investigator |
深田 利昭 一般財団法人電力中央研究所, エネルギー技術研究所, 主任研究員 (30812127)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 流体-粒子相互作用モデル / 粒子拡散 / 非質点粒子 / 体積平均 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
固体や液滴、気泡などの形態をとる粒子群の集団挙動の予測は、雲の形成過程といった自然現象の解明や微粉炭燃焼発電といった産業応用に関わる非常に重要な技術である。粒子群の集団挙動を予測する際には、背後の平均的な流れに沿った移流だけでなく、非解像な乱流構造に起因する粒子群の拡散挙動を適切にモデル化する必要がある。このような現象の理解には乱流-粒子相互作用のシミュレーションが有効と考えられる。しかしながら、粒子を質点と仮定する従来の解析モデルでは、粒子サイズが大きな影響を与えることが実験的に示唆されているにもかかわらず、粒子サイズの影響を充分に考慮することができない。
以上を踏まえて、体積平均を通じて粒子径の影響を考慮した高精度な解析が可能な粒子モデルを既に提案しているが、数値解析の離散化の観点から、粒子径の適用範囲が格子幅程度の狭い範囲に限られていた。そこで今年度は離散化と整合するような相互作用力の与え方を発展させることで、粒子径の適用範囲を飛躍的に増大させ、本課題での粒子モデル構築を完了した。さらに構築したモデルを用いて、粒子を含む等方乱流場のシミュレーションを実施した。比較的レイノルズ数の小さな既往研究の結果と比較することで、本研究のシミュレーションが妥当な結果を得ていることを確認した。さらに工学的応用で重要となる高いレイノルズ数の乱流について、粒子径を変化させてシミュレーションを実施した。その結果から、粒子径が粒子拡散挙動に支配的な影響を与えることを確認し、その挙動の違いを定量的に評価した。また平均流がサインカーブで与えられる非等方乱流の解析にも着手した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
乱流-粒子相互作用のシミュレーションで想定される条件の範囲に対してモデルの適用範囲拡張を完了した。さらに構築したモデルに基づく乱流-粒子相互作用のシミュレーションを実施し、粒子径の違いによる拡散挙動の特徴解析までを実施した。以上より、概ね計画通り進展していると考える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である次年度は、工学的応用を意図して、背後の乱流構造の非等方性が粒子拡散に与える影響をシミュレーションによって明らかにする。既に着手しているように、時空間的な平均流れが等方的ではなく、サインカーブで与えられるような流れ場を与える。背後の流れの平均構造と粒子分布や速度等の相関を調べることにより、非等方な粒子拡散のモデルを与えるための指針を得る。ここまでで明らかにした結果に基づいて乱流中の粒子拡散モデルを提案し、粗い計算を行って詳細なシミュレーションと結果を比較することで、粒子拡散モデルの妥当性を確認する。
|
| Causes of Carryover |
大阪大での打ち合わせ予定が中止になったため、次年度使用額が発生した。
次年度は開催されれば国際会議2回（450000×2=900000円）を予定しており、その費用の一部を次年度使用額で充当する。
|
