2022 Fiscal Year Annual Research Report

Dynamics of monodispersed bubble generation skirting hydrodynamically crowded circumstance

Research Project

Project/Area Number	21H01248
Research Institution	Kyoto Institute of Technology
Principal Investigator	渡村友昭京都工芸繊維大学, 機械工学系, 助教 (40777736)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小笠原紀行大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00552184) 大友涼子関西大学, システム理工学部, 助教 (00726862) 杉山和靖大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (50466786)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	気泡 / 粒子 / 混相流 / 溶解
Outline of Annual Research Achievements	傾斜容器内における気泡流の対流開始を調査するため，個別気泡のIBM-DEMカップリング界面追跡シミュレーションを行った．解析領域を準二次元と設定し，変形しない軽量固体粒子の運動と周囲液体の流動を再現した．なお，分散体と連続体の運動量交換と，分散体同士，分散体と容器壁の運動学的条件を考慮している．流動の時間スケール，弾性衝突の時間スケール，気泡の並進や回転の加速時間スケールの異なる時間スケールを効率的に補足するために，ラグランジュ追跡に陰的解法を採用した．気泡間の隙間流れを解像することが可能となり，極めて密な気泡（フォーム）の流動におけるボイコット効果の発現を再現した．ビールやシャンパンなどのフォーム内部に循環流が生じることを確認しており，実験と数値計算の定性的な一致を確認した．過飽和液体中の気泡の成長を調査するため，レーザ誘起気泡を用いた．二気泡の成長が過飽和度に依存することを明らかにした．また，複数気泡の干渉浮上を観察するため，ストークス動力学を用いた．気泡が疎な状態では対流速度が気泡の移動に伴う体積置換で説明できるとを示した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 申請書に記載した通りに課題に取り組むことができている．しかし，CFD-DEM計算の負荷が大きくパラメトリックスタディが困難なため，進捗がやや遅れている．
Strategy for Future Research Activity	過飽和水溶液において，自由浮上する複数気泡の直径変化と粗密クラスタ構造の空間発達を観察する．本課題で構築した気泡初生システムを用い，任意形状の気泡群を初生させる．気泡初期位置に加え，界面活性剤濃度や水溶液の粘度による気泡群運動の変調と気泡直径の分布を調査し，均一な気泡の生成条件，つまり気泡の密を避ける流体力学的条件，を実験的に解明する．清澄層の発達を代数的に求めるため，数値計算による多対干渉流動を評価する．埋め込み境界法や二流体モデル，ストークス動力学法によるシミュレーションを行い，複数分散体の流動スケーリングを行う．