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相変化を伴う気体・液体ならびに超臨界流体の数値解法

Research Project

Project/Area Number09J05076
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionTohoku University
Research Fellow 古澤 卓  東北大学, 大学院・情報科学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed(Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost : ¥2,100,000)
Fiscal Year 2011 : ¥700,000 (Direct Cost : ¥700,000)
Fiscal Year 2010 : ¥700,000 (Direct Cost : ¥700,000)
Fiscal Year 2009 : ¥700,000 (Direct Cost : ¥700,000)
Keywords超臨界流体 / 相変化 / 数値解法 / 前処理 / 連続水熱合成 / 粒子生成
Research Abstract

本年度は三次元での超臨界水と常温水の相変化を伴う流動問題の数値計算を行える計算コードを開発し,超臨界水熱合成の管路内の超臨界流体の三次元流動の特徴を明らかにした.
近年,超臨界水を用いた連続水熱合成反応によって酸化金属ナノ粒子を生成する方法が提案されており,超臨界水と常温水溶液の混合が非常に重要であるものの,その詳細な解析は行われていない.また化学反応および粒子生成による管路内部の腐食および粗大粒子による閉塞などの問題が起こることが知られており,反応器内部流動や反応,粒子生成の解明が急務となっている.昨年度までに臨界点近傍の熱物性値変化を正確に考慮した数値解析手法を提案し,二次元解析によって超臨界水熱合成反応における化学反応および古典各生成理論とモーメント法に基づく粒子生成モデルを用いた数値計算を行なった.本年度は上記の計算手法を三次元計算に拡張し,参照テーブルとPROPATHを用いた熱物性値計算手法を用いて実用的な計算時間で三次元計算が可能であることを示した.また,混合部以降において常温水は主流の影響を受け,前後壁方向に広がる三次元的な分布をもち,超臨界水熱合成反応において三次元解析が必要となることを示した.また二次元計算の計算結果との比較において逆流の様子が異なることも確認した.正確な粒子生成の評価には三次元流動解析が必要不可欠であり,今後の粒子生成の正確な評価に本数値解法は大きく寄与することが予想される.
臨界点近傍では密度が大きく変化することが知られている.この密度変化を利用した自然対流を用いた超臨界水の熱交換器の数値計算を行った.様々な温度条件および圧力条件による実験との比較を行い,本数値解法で実験結果との定性的な一致を得ることができた,管路内の温度は条件等によって大きく異なるため,それぞれの条件に合わせた数値計算が必要となり,今度の本数値解法によって熱交換器設計援用が期待される.

Report

(3results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report

Research Products

(18results)

All 2012 2011 2010 2009

All Journal Article Presentation

  • [Journal Article] 前処理法とBCMに基づく熱対流の数値シミュレーション2012

    • Author(s)
      古澤卓, 牧野幸太郎, 山本悟, 中橋和博
    • Journal Title

      日本機械学会論文集B編

      Volume : (未定)(印刷中)

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Numerical Simulation of Supercritical water in T-shaped channel across critical point2011

    • Author(s)
      Takashi FURUSAWA, Satoru YAMAMOTO
    • Journal Title

      Proceedings of ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011

      Volume : 1(USB-MEM)

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] umerical Simulation of Supercritical Carbon Dioxide Flows across Critical Point2011

    • Author(s)
      Satoru Yamamoto, Takashi Furusawa, Ryo Matsuzawa
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      Volume : 54-4 Pages : 774-782

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Simulation of Thermophysical Flow in Axisymmetric Nozzle with Expansion Chamber2011

    • Author(s)
      Satoru Yamamoto, Ryo Matsuzawa, Takashi Furusawa
    • Journal Title

      AIChE Journal

      Volume : 57-5(印刷中)

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Supercritical-fluid Simulations across Critical Point, Proc.6th International Conference on Computational Fluid Dynamics2010

    • Author(s)
      Satoru Yamamoto, Takashi Furusawa, Ryo Matsuzawa
    • Journal Title

      Computational Fluid Dynamics 2010

      Volume : (未定) Pages : 661-667

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Acceleration fo Supercritical-fluid Flow Computation using an Accurate Look-up Table of Thermophysical Properties2010

    • Author(s)
      Takashi Furusawa, Yasuhiro Sasao, Kentaro Sano, Satoru Yamamoto
    • Journal Title

      Proc. of the 8th Asian Computational Fluid Dynamics Conference (CD-ROM)

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Journal Article] 相変化を伴う超臨界水熱合成の数値シミュレーション2010

    • Author(s)
      古澤卓, 山本悟
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(B編) (未定)(印刷中)

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Numerical Study of Chemical Reaction in Supercritical Hydrothermal Synthesis Reactor2012

    • Author(s)
      Takashi Furusawa, Satoru Yamamoto
    • Organizer
      The Eighth KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering conference
    • Place of Presentation
      インチョン,韓国
    • Year and Date
      2012-03-19
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 化学反応を伴う超臨界水熱合成の流動シミュレーション2011

    • Author(s)
      古澤卓, 山本悟
    • Organizer
      第25回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2011-12-21
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Supercritical-fluids Simulator (SFS) coupled with Building Cube (BC) : SFS+BC2011

    • Author(s)
      Takashi Furusawa, Kotao Makino, Ryo Anan, Satoru Yamamoto
    • Organizer
      Eighth International Conference on Fluid Dynamics
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2011-11-10
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 臨界点近傍における超臨界水熱合成の流動シミュレーション2010

    • Author(s)
      古澤卓, 山本悟
    • Organizer
      第24回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2010-12-20
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Supersonic Flow Simulation of Supercritical Fluids Near Critical Point2010

    • Author(s)
      Takashi Furusawa, Ryo Anan, Ryo, Matsuzawa, Satoru Yamamoto
    • Organizer
      7th Int. Conf. on Fluid Dynamics
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2010-11-02
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 超音速ノズルを通る超臨界二酸化炭素の数値シミュレーション2010

    • Author(s)
      阿南良, 古澤卓, 山本悟
    • Organizer
      日本機械学会第88期流体工学部門講演
    • Place of Presentation
      米沢
    • Year and Date
      2010-10-30
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 超臨界流体の相変化を伴う流動シミュレーション2009

    • Author(s)
      古澤卓, 山本悟
    • Organizer
      第23回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2009-12-16
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 臨界点を跨ぐ二酸化炭素の超音速流動シミュレーション2009

    • Author(s)
      松澤遼, 古澤卓, 山本悟
    • Organizer
      第23回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2009-12-16
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical Method for Supercritical-fluid flows with Phase Change2009

    • Author(s)
      Takashi FURUSAWA, Satoru YAMAMOTO
    • Organizer
      The 4th SNU-Tohoku University Joint Workshop on Next Generation Aero Vehicle
    • Place of Presentation
      Seoul 韓国
    • Year and Date
      2009-09-29
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 相変化を伴う液体・超臨界流体の数値シミュレーション2009

    • Author(s)
      古澤卓, 山本悟
    • Organizer
      機械学会2009年度年次大会
    • Place of Presentation
      盛岡
    • Year and Date
      2009-09-14
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 相変化を伴う超臨界二酸化炭素の超音速流動シミュレーション2009

    • Author(s)
      松澤遼, 古澤卓, 山本悟
    • Organizer
      機械学会2009年度年次大会
    • Place of Presentation
      盛岡
    • Year and Date
      2009-09-14
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

URL :

Published : 2009-04-01   Modified : 2016-04-21  

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