2022 Fiscal Year Research-status Report
Numerical Simulator for Hydrodynamic Lubrication by Particle-based Method
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20K04236
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| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
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Principal Investigator |
田中 健太郎 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (60359693)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 流体潤滑 / 粒子法 / 表面張力 / 数値流体 / 微小液滴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，気液界面の大変形を容易に扱いうる粒子法を用いて，流体潤滑解析を行うことを目的としている.通常の流体潤滑解析では，先すぼまりの油膜引 き込み側は油で満たされていると仮定して解析を行う.撹拌抵抗の低下や省資源を期待して意図的に微量の油で潤滑効果を得ようという試みもあり，このような 場合，引き込み側が油で満たされるという仮定は成立しない.引き込み側がどこまで油で満たされるかは，供給油量，潤滑面の形状・性状， 運転条件等によっ て決まるが，これを何らかの境界条件に落とし込むのは難しい.これらの難点を回避するために，粒子法を用いてNavier- Stokes 方程式を直接数値解析するこ とを試みている.
前年度までに、液体架橋破断法により生成する液滴の表面張力振動を対象にすることで、理論、実験との比較により本研究で開発する粒子法による数値計算を検証と妥当性確認を行える環境を整えている。今年度は具体的に、低粘度炭化水素オクタンを材料に、実験データを整え、粒子法による数値計算結果と直接比較を行って、数値計算の妥当性確認を行った。その結果、液滴振動の周期が一致するのみなら振幅の減衰を伴う時間変化までも、よく一致することをしめした。これにより、表面張力計算だけではなく、粘性計算の妥当性も確認できたことを意味する。
表面張力計算、粘性計算の妥当性が確認された粒子法解析を用いて、流体潤滑解析を行った。既往の数値計算・実験結果とよく一致することを改めて確認をした。また油膜形状、油膜圧力へのすべり速度の影響、重力の作用方向についての計算を行い、実験結果との比較を行った。
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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
当初の計画通り，順調に進展している。流体潤滑解析に必要な数値計算上の機能はほぼ実装が完了し、また計算の検証、妥当性確認のための手順も確立した。ただし、粒子法解析の計算負荷の低減については、本質的な解決を見出すことができておらず、一つ一つの計算の実行に長大な時間を要している。産業応用を視野にいれるためには、もう一段の工夫が必要であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
潤滑面の狭い隙間にはされた領域で、計算粒子の数が不足した場合に、計算を継続できる枠組みを検討する。
現状では、計算粒子が不足しないように、小さな計算粒子で計算系全体を離散化しているため、計算負荷が大きくなってしまっている。これを解決するために、部分的に既知の解析解と連携する計算手法の構築を検討する。
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