2015 Fiscal Year Research-status Report
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26420119
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
栗原 央流 大分大学, 工学部, 准教授 (90344481)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | キャビテーション / 気泡 / ラグランジュ力学 / 混相流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，昨年度までの研究で得られた固気液混相流に対応した気泡と固体粒子の運動を記述する力学モデルを用いて実際の気泡と固体粒子の力学的相互作用を考慮した現象の数値解析を実施した．ここでは，多重極展開された気泡の運動モードのうち単極から8重極までに対応する力学方程式を数値計算コードに取り込んでいる．本解析で利用したコードは，オープンソースの代数処理システム Maxima により Fortran コードとして出力しすることで得られている．また，数値計算に際して，外部プログラムとして代数処理ライブラリである LAPACK と非線形常微分方程式ソルバーである SUNDIALS を用いた．
本解析では，気泡の変形が固気液混相流の系に対して及ぼす影響を評価するために，球形気泡の体積振動と並進運動ならびに固体粒子の並進運動に関する計算も合わせて行った．その結果，気泡の変形は，気泡と固体粒子の並進運動によって引き起こされる微小な擾乱（4重極モード）が気泡自身の体積振動に伴う気液界面の不安定（レイリー・テイラー不安定）によって有限振幅の形状振動となって観測されることが確かめられた．また，高次の形状振動は，より低次の振動モード同士の非線形相互作用によって発生することも確認された．これらの結果は，理論的に導出された力学方程式から予測される現象である．また，周囲の液体と固体粒子との密度比によって気泡と固体粒子の運動のふるまいが大きく異なること，それに伴って気泡崩壊に付随する高速ジェットの方向も変化することが確認された．
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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
固気液混相流としての気泡と固体粒子の運動を記述する力学方程式の導出ならびに導出された方程式を用いた数値解析が概ね予定通り進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの結果を受け，今後は多数の気泡と固体粒子が混在する系における数理解析を実施し，このような系のふるまいとその物理的な性質をあきらかにする．具体的には，本研究で予算計上しているワークステーションと大型計算機の利用によってこのような大規模な計算を実施する予定である．
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| Causes of Carryover |
本プロジェクトで導入したワークステーションとPCが当初計画よりも高性能の物を計画時の予算で購入できたこと，高性能メモリ（DDR4）の入手が容易であったことから，本年度で計上していた大型計算機の利用を先送りすることができたために結果として次年度使用額が発生した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度では，予定通り（前年度利用予定分も含めて）大型計算機の利用を行うため，計画全体として予算の使用に変更は無い予定である．
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