2010 Fiscal Year Annual Research Report
浮遊液滴の回転振動特性と内部・外部流動に関する研究
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21560230
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
渡辺 正 独立行政法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (50391355)
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| Keywords | 浮遊液滴 / 回転振動特性 / 定量的評価 / 数値シミュレーション / 音響場 / 圧力振動 |
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| Research Abstract |
本研究課題では、結晶製造及び物性測定に用いる浮遊液滴技術の中心課題である回転振動液滴の挙動を明らかにするため、液滴内外の巨視的な流れ場を、スケールの異なる2種類の数値シミュレーションにより検討する。22年度は、巨視的な数値シミュレーションを行うために開発してきた、ナビエストークス方程式をレベルセット法により解くシミュレーションコードにおいて、液滴の質量保存のために付加的に使用する方程式の効果を明瞭にし、パラメータの最適化を行った。これにより、本シミュレーション手法を、液滴挙動の定量的評価を確実なものにする精度の高い解析法として確立した。次に、浮遊液滴を制御するために印加する音響力の影響を明らかにするため、開発したコードに、液滴を含む計算領域全体の圧力場の振動と圧縮性の効果を模擬できるような解析機能を追加した。ここでは、基礎方程式の対流項に振動する座標速度を導入し、また、圧力変化に応じた密度変動を考慮するためのコードの改造と検証計算を行った。これにより、音響場においては、液滴周囲に、液滴表面から圧力の振動方向へ向かう放射状の流れが発生することが明らかになり、既存の実験結果を再現することが可能となった。
また、振動圧力場において浮遊液滴周囲に誘起される流れは、静止圧力場において、強制的に振動させた液滴周囲に形成される流れ場と類似したものとなることが分かった。さらに、振動圧力場内においては、液滴は定在波の節の方向へ移動し、安定にとどまることが明らかになった。
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