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Development of a computational fluid dynamics method based on a phase-field model for simulation of microscopic two-phase flows with phase change through porous media

Research Project

Project/Area Number 26420128
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

Takada Naoki  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究チーム長 (60357358)

Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha) MATSUMOTO Junichi  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域機能材料コンピュテーショナルデザイン研究センター, 研究チーム長 (90392662)
INOUE Tomoya  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域集積マイクロシステム研究センター, 研究チーム長 (20392590)
SAOMOTO Hidetaka  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター活断層・火山研究部門, 主任研究員 (60421848)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2014: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords混相流 / 数値流体力学 / 数値シミュレーション / 濡れ性 / 界面 / テクスチャ表面 / フェーズフィールドモデル / 格子ボルツマン法 / 多孔質媒体 / 接触角 / フェーズフィールド法
Outline of Final Research Achievements

In this study, we have developed a novel computational fluid dynamics (CFD) method based on phase-field model (PFM) and lattice Boltzmann model (LBM) for direct numerical simulations of three-dimensional microscopic immiscible isothermal liquid-liquid two-phase flow through porous media with irregular structures in various science and engineering fields. For the complicated flows, where the interfacial-tension force is dominant over gravity force and the effects of solid surface with non-uniform wettability and textured shape on the fluid motions are so strong, the present CFD method can conduct the simulations more accurately and efficiently than other conventional CFD methods. It also can be extended for application to micro-fluidic problems of gas-liquid-solid multiphase flow with phase change.

Report

(5 results)
  • 2017 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2016 Research-status Report
  • 2015 Research-status Report
  • 2014 Research-status Report
  • Research Products

    (38 results)

All 2018 2017 2016 2015 2014 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 4 results) Remarks (10 results)

  • [Journal Article] Phase-field model-based simulation of two-phase fluid motion on partially wetted and textured solid surface2016

    • Author(s)
      Takada, Naoki; Matsumoto, Junichi; Matsumoto, Sohei; Kurihara, Kazuma
    • Journal Title

      Journal of Computational Science

      Volume: 17 Pages: 315-324

    • DOI

      10.1016/j.jocs.2016.05.009

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  • [Journal Article] CFD simulation of microscopic two-phase fluid motion on solid body with edges and heterogeneously-wetted surface using phase-field model2015

    • Author(s)
      Takada, Naoki; Matsumoto, Junichi; Matsumoto, Sohei; Kurihara, Kazuma
    • Journal Title

      Proceedings of the 6th International Conference on Coupled Problems in Science and Engineering (Coupled Problems 2015)

      Volume: - Pages: 625-634

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  • [Journal Article] Reductions in anisotropic errors from implementation of phase-field wetting boundary condition for off-grid objects2015

    • Author(s)
      Inoue, Yasuhiro; Ishida, Kazuki; Takada, Naoki; Hojo, Masaki
    • Journal Title

      International Journal of Computational Methods

      Volume: 12

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  • [Journal Article] Numerical simulation of two-phase fluid motion in microchannel based on phase-field model2014

    • Author(s)
      Takada, Naoki; Matsumoto, Junichi; Matsumoto, Sohei
    • Journal Title

      Proceedings of the 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI - ECCM V - ECFD VI)

      Volume: -

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    • Open Access
  • [Presentation] テクスチャ表面上マイクロ液液二相流体挙動のシミュレーション技術の開発2018

    • Author(s)
      高田 尚樹
    • Organizer
      日本トライボロジー学会 第24回テクスチャリング表面のトライボロジー研究会
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  • [Presentation] 格子ボルツマン法による多相流体運動のシミュレーションの概要2017

    • Author(s)
      高田 尚樹
    • Organizer
      公益社団法人高分子学会 第22回高分子計算機科学研究会講座 マルチスケールな高分子シミュレーション技術
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  • [Presentation] Numerical Simulation of Motion of Fine Droplet on Structured Solid Surface Using Phase-field Model-based Lattice-Boltzmann Method2017

    • Author(s)
      Takada, Naoki
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      The 3rd International Conference on Numerical Methods in Multiphase Flows (ICNMMF-III)
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  • [Presentation] マイクロ流路内液体流れシミュレーションへの格子ボルツマン法の適用2017

    • Author(s)
      高田 尚樹
    • Organizer
      日本機械学会 第25回茨城講演会
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  • [Presentation] 固体表面上のマイクロ液体挙動に関する拡散界面モデルシミュレーション2017

    • Author(s)
      高田 尚樹
    • Organizer
      日本機械学会 第30回計算力学講演会
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  • [Presentation] 拡散界面モデルシミュレーションによるテクスチャ表面上の液滴挙動の研究2016

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      高田 尚樹; 栗原 一真; 穂苅 遼平; 松本 壮平; 松本 純一
    • Organizer
      日本機械学会第29回計算力学講演会
    • Place of Presentation
      名古屋大学 東山キャンパス(愛知県名古屋市千種区不老町)
    • Year and Date
      2016-09-22
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  • [Presentation] 数値流体力学シミュレーションによる微小スケール液滴挙動の予測2016

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      高田 尚樹; 栗原 一真; 穂苅 遼平; 松本 壮平; 松本 純一
    • Organizer
      2016年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      茨城大学 水戸キャンパス(茨城県水戸市文京)
    • Year and Date
      2016-09-06
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  • [Presentation] 微細溝付き表面を利用した液滴挙動制御のための数値シミュレーション2016

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      高田 尚樹; 松本 壮平; 栗原 一真; 穂苅 遼平; 松本 純一
    • Organizer
      混相流シンポジウム2016
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      同志社大学 今出川キャンパス(京都府京都市上京区)
    • Year and Date
      2016-08-08
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  • [Presentation] Numerical simulation of microscopic multiphase fluid motion on solid surface Using Diffuse-interface Approach2016

    • Author(s)
      Takada, Naoki; Matsumoto, Sohei; Kurihara, Kazuma; Hokari, Ryohei
    • Organizer
      The 12th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XII) and the 6th Asia-Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM VI)
    • Place of Presentation
      Coex Convention & Exhibition Center, Seoul, Korea
    • Year and Date
      2016-07-24
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 微小テクスチャ固体表面上混相流体挙動予測への拡散界面モデルの適用について2016

    • Author(s)
      高田 尚樹; 松本 壮平; 栗原 一真; 穂苅 遼平; 松本 純一
    • Organizer
      第21回計算工学講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター(新潟市中央区万代島)
    • Year and Date
      2016-05-31
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Simulation of microscopic fluid particle motion on solid surface using a diffuse-interface model2016

    • Author(s)
      Takada, Naoki; Matsumoto, Sohei; Kurihara, Kazuma; Hokari, Ryohei; Matsumoto, Junichi
    • Organizer
      The 9th International Conference on Multiphase Flow (ICMF 2016)
    • Place of Presentation
      Palazzo dei Congressi, Firenze, Italy
    • Year and Date
      2016-05-22
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 混相流シミュレーションにおけるフェーズフィールドモデルとLBMについて2016

    • Author(s)
      高田 尚樹
    • Organizer
      第25回格子ボルツマン法の基礎と応用に関する研究会(LBM研究会)
    • Place of Presentation
      富山大学 黒田講堂(富山県富山市五福)
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  • [Presentation] 微細テクスチャ表面上での液滴挙動に関する拡散界面モデル数値シミュレーション2016

    • Author(s)
      高田 尚樹; 栗原 一真; 穂苅 遼平; 松本 壮平
    • Organizer
      日本機械学会2016茨城講演会
    • Place of Presentation
      茨城大学 日立キャンパス(茨城県日立市中成沢町)
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  • [Presentation] 濡れ性が不均一な固体表面上の液滴挙動の拡散界面モデル数値解析2016

    • Author(s)
      高田 尚樹; 松本 壮平; 栗原 一真; 穂苅 遼平
    • Organizer
      日本機械学会関西支部 第17回秋季技術交流フォーラム
    • Place of Presentation
      龍谷大学 大宮キャンパス(京都府京都市下京区)
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    • Invited
  • [Presentation] 固体表面上液滴挙動解析への保存型レベルセット格子ボルツマン法の適用2015

    • Author(s)
      高田 尚樹; 松本 純一; 松本 壮平; 栗原 一真; 穂苅 遼平
    • Organizer
      日本流体力学会第29回数値流体力学シンポジウム(CFD2015)
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫キャンパス, 福岡県春日市春日公園
    • Year and Date
      2015-12-15
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      2015 Research-status Report
  • [Presentation] Numerical simulation of microscopic two-phase fluid motion on solid surface using phase-field and lattice-Boltzmann models2015

    • Author(s)
      Takada, Naoki; Matsumoto, Junichi; Matsumoto, Sohei; Kurihara, Kazuma; Hokari, Ryohei
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      The 3rd International Workshops on Advances in Computational Mechanics (IWACOM-III)
    • Place of Presentation
      KFC Hall & Rooms, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-10-12
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 微小テクスチャ表面上での液滴挙動のフェーズフィールドモデル数値シミュレーション2015

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      高田 尚樹; 松本 純一; 松本 壮平; 栗原 一真; 穂苅 遼平
    • Organizer
      日本機械学会 第28回計算力学講演会(CMD2015)
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      横浜国立大学, 神奈川県横浜市保土ヶ谷区
    • Year and Date
      2015-10-10
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  • [Presentation] 物体の形状と濡れ性が影響する微細二相流体挙動のシミュレーション2015

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      高田 尚樹; 松本 純一; 松本 壮平; 栗原 一真
    • Organizer
      日本混相流学会 混相流シンポジウム2015
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      高知工科大学, 高知県香美市土佐山田町
    • Year and Date
      2015-08-04
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  • [Presentation] Phase-field model-based simulation of two-phase fluid motion on partially-wetted and textured solid surface2015

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      Takada, Naoki; Matsumoto, Junichi; Matsumoto, Sohei; Kurihara, Kazuma
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      The 24th International Conference on Discrete Simulation of Fluid Dynamics (DSFD2015)
    • Place of Presentation
      The Royal Society of Edinburgh, Edinburgh, United Kingdom
    • Year and Date
      2015-07-13
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  • [Presentation] フェーズフィールドモデルに基づく固体表面上のマイクロ二相流体挙動のシミュレーション2015

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      高田 尚樹; 松本 純一; 松本 壮平
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      日本計算工学会 第20回計算工学講演会
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      つくば国際会議場, 茨城県つくば市竹園
    • Year and Date
      2015-06-08
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  • [Presentation] 物体の形状と表面濡れ性に起因する微小二相流体挙動の数値シミュレーション2014

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      高田 尚樹; 松本 純一; 松本 壮平; 栗原 一真
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      日本流体力学会 第28回数値流体力学シンポジウム (CFD2014)
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀, 東京都江戸川区
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      2014-12-09 – 2014-12-11
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  • [Presentation] テクスチャ表面上での流体粒子挙動のフェーズフィールドモデルシミュレーション2014

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      日本機械学会 第27回計算力学講演会 (CMD2014)
    • Place of Presentation
      岩手大学工学部, 盛岡市上田
    • Year and Date
      2014-11-22 – 2014-11-24
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  • [Presentation] 拡散界面モデル計算法による物体角部での液滴挙動のシミュレーション2014

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      日本混相流学会 混相流シンポジウム2014
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      北海道立道民活動センター 「かでる2・7」, 札幌市中央区
    • Year and Date
      2014-07-28 – 2014-07-30
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  • [Presentation] 固体表面上の二相流体挙動の数値解析へのPhase-fieldモデル格子ボルツマン法の適用2014

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      高田 尚樹; 松本 純一; 松本 壮平
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      日本計算工学会 第19回計算工学講演会
    • Place of Presentation
      広島国際会議場, 広島市中区中島町
    • Year and Date
      2014-06-11 – 2014-06-13
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Published: 2014-04-04   Modified: 2019-03-29  

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