2014 Fiscal Year Research-status Report
シミュレーションによる流体力学的相互作用を含む任意形状をした粒子の解析
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25800238
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
牧野 真人 山形大学, 理工学研究科, 助教 (10649172)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 粒子分散系 / 任意形状粒子 / 流体力学的相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流体力学的相互作用を含むシミュレータの開発及び検討として、3次元の球状粒子のシミュレーションを行った。シミュレーションは流体部分と粒子部分を解く部分に分けられ、流体は、格子ボルツマン法を用いて解き、粒子はニュートンの運動方程式を差分法で解いた。
計算結果は、円管状の流路内に多数の粒子が沈降する系を検討した。
まず、流路の軸方向と重力が平行の場合を検討した。実験では、特定の流路の半径と粒子の半径比において、沈降が加速することが報告されている。これらの現象について検討を行ったが、実験結果の再現とはならなかった。本研究で用いている仮定、たとえば、流路が周期境界であることなどが、実際には、底がある管を沈降していくことと矛盾しているなど考えられる。しかし、その理由は明確には分かっておらず引き続き検討していく課題である。
さらに、流路の軸と重力の方向が並行ではなく、ある一定の角度で管を傾けた場合を調べた。これは、ボイコット効果と呼ばれ、管を傾けることにより、粒子の沈降速度が上昇する現象である。この沈降速度が上昇する要因は、流体が流れる領域と粒子が流れる領域に分かれ、それぞれ別々に運動することによる。この現象を調べて、実験で報告されている現象を確認、発表した。
3次元の球状粒子の系をシミュレーションして確認することが出来たので、今後は、現在開発中の3次元の一般形状の粒子についての検討を行いたい。また、流体と粒子の境界における扱いを検討したい。
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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
3次元の球状粒子のシミュレーションを行ってきた。2次元、3次元の球状粒子の系をシミュレーション出来ている。2次元、3次元の一般形状の粒子のシミュレータも開発が進んでおり、今後、アルゴリズムの確認や問題へのアプリケーションをする必要がある。目的の任意形状の3次元シミュレーションに向けて順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
流体と粒子の界面の扱い方によって、計算結果が異なることが分かってきたので、検討する。その後、３次元の一般形状の粒子の粒子の扱いを考える。せん断流中や重力下における粒子の運動は、さまざまな理論解やシミュレーション結果がある。それらと比較して、計算の妥当性をチェックする。
合わせて、アルゴリズムの改良を行い計算速度の向上を行う。
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