2007 Fiscal Year Annual Research Report
気泡噴流に対する三次元渦法の開発と並列計算システムの構築
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19560167
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
内山 知実 Nagoya University, エコトピア科学研究所, 准教授 (90193911)
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| Keywords | 気液ニ相流 / 渦法 / 気泡流 / 並列計算 / 高速化 / 気泡プルーム / 渦構造 / Lagrange解法 |
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| Research Abstract |
1.気泡噴流を解析できる三次元渦法の開発
微小な気泡が液中を分散して流れる気泡流を対象とした三次元渦法を開発した.液相流れを微小な渦要素で離散化し,各渦要素の挙動と気泡の運動をLagrange解析する方法である.その際,気相の質量と運動量は液相に比べ十分小さく無視し得るものと仮定し,相変化および気泡の合体・分裂もないものとする.気泡運動が液相流れに及ぼす影響は,循環の強度変化として考慮する.すなわち,渦度場を計算格子に分割し,各格子内において気泡による循環の時間変化を計算し,それを格子内の渦要素の強度変化として考慮する方法である.
つぎに,微小な気泡をタンク底面から放出した際に生起する,気泡プルームの解析に適用した.本現象は,気泡噴流の一形態である.その結果,上昇気泡の周囲に様々な寸法をもつ大規模な渦が発生すること,水の上昇速度は自己相似となること,プルームの揺動の波長と振幅が実験結果と一致することなどが示された.
気泡プルームの中に角柱を挿入した場合の解析にも適用した.その結果,角柱がプルームに及ぼす現象を良好に捉えることに成功した.
2.シミュレーション結果の妥当性を検討するための実験の実施
上述のシミュレーション結果の妥当性を検証するため,実験的研究の準備に着手した.透明アクリル板で矩形水槽を製作し,タンクに水を貯め,タンク底面から水の電気分解によりを微小な気泡を放出し,上昇気泡の挙動と誘起される水の流れを測定する実験である.
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