2014 Fiscal Year Research-status Report
サイズが大きく異なる固体粒子群を高濃度に含む流れのシームレス解法
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25420122
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
辻 拓也 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90379123)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永橋 優純 高知工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80208040)
田中 敏嗣 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90171777)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | DEM-CFD / 固気二相流 / 流動層 / 粗大物体 / 仮想粒子法 / マルチスフィアモデル / 非球形 / 気泡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究計画に基づき，本年度は主に次の項目を実施した．
【1】 昨年度，粗大物体を含む高濃度固気二相流れの数値計算を可能とする，“Fictitious particle method (FPM)”を提案したが，その適用は粗大真球物体に限定されていた．そこで本年度は，粗大非球形物体への拡張を目指し，非球形DEM計算によく用いられているマルチスフィアモデルと，FPMをカップリングした新たなモデルを開発した．複数の要素粒子を組み合わせて一つの粗大非球形物体を表現することにより，本モデルは複雑な形状を自由に表現することが可能であるが，ここでは簡単のため二つの真球粗大粒子を表面で結合させたダンベル粗大粒子（アスペクト比1:2）を用い，気泡流動層内での浮沈挙動に関する実験と数値計算を行った．この結果，層内におけるダンベル粗大粒子の挙動について，提案モデルにより定性的な傾向は十分に予測可能であることを確認した．現在この内容を投稿すべく，論文原稿を準備中である．
【2】提案モデルの定量的な評価，および流動層中に自発的に発生する気泡などのメゾスケール構造が，粗大物体運動に与える影響について詳細な検討を行うため，流動層中に固定された水平円柱に単一の気泡が接近・通過する際に発生する作用力や，作用力と気泡運動との関係について，二次元流動層を用いた実験と，提案モデルによる数値計算を実施した．気泡通過により円柱作用力は大きく変化し，実験と数値計算で，大まかな傾向は概ね一致するものの，定量的な一致には至っておらず，次年度も実験・数値計算共に，引き続き詳細な検討を行う．
【最後に】本研究課題で提案したFictitious particle method開発の業績に対して，2013年度の混相流学会奨励賞および2014年度の化学工学会粒子・流体プロセス部会フロンティア賞を受賞した．
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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
昨年度提案しAIChE J.に掲載した仮想粒子モデルをベースとし，その拡張として本年度非球形モデルを開発した．概ね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
概ね計画通り順調に進んでいるが，次年度は，主に以下の項目について検討する．
【1】円柱に働く非定常作用力について，実験－計算間での定量的な一致を目指し，引き続き実験技術，計算モデル改良の両面から注意深く検討を行う．
【2】本計算モデルでは，膨大な数の粒子を取り扱う必要があり，実用的な計算を行うには，並列計算の利用が必須となる．提案モデルにより基づき開発した計算コードを，超並列計算機の利用を前提としたMPI-OpenMPによるハイブリッド並列化し，数千万～数億個粒子レベルの大規模な計算を可能とする．
【3】本研究課題で取り扱っている現象は，多くのパラメータが関係する非常に複雑な現象であるため，その統一的な理解を促進するため，無次元パラメータの導出を行い，実験－計算の結果を基にして，現象の特徴づけを試みる．
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| Causes of Carryover |
格安チケットを使うことにより，旅費を節約でき，その分が繰り越しとなった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の旅費の一部として使用する予定．
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