2023 Fiscal Year Annual Research 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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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 流体潤滑 / 粒子法 / 表面張力 / 表面張力振動 / 微小液滴 / 数値流体 |
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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、これら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により流体潤滑解析を行うことを目標として研究開発を行った。
流体潤滑解析においては粘性計算が重要であり、また微量潤滑では油膜形状の変化が重要で、つまり表面張力の計算が重要である。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とする比較を行って、表面張力計算、粘性計算に関する計算手法の検証と計算モデルの妥当性の確認の手法を確立した。
最終年度は、表面張力計算、粘性計算の妥当性が確認された計算手法を用いて、流体潤滑解析を行い、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、出口側油膜破断の位置、出口側油膜内の負圧についても、広い速度範囲で実験結果と一致する結果が得られることを確認した。また、油膜の流動構造を詳細に観察して、入口側の油膜内に渦構造が生じることを明らかにした。新たに入口側から供給される油は，渦内に取り込まれることはなく，最小油膜部を通り出口側に至ることを見出した。これらの流動構造は、実験的に観察することが難しく、本研究による粒子法解析の有用性を示すことができた。
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