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粒子状物質を含む乱流の数値解析手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 01550183
研究種目

一般研究(C)

配分区分補助金
研究分野 熱工学
研究機関九州大学

研究代表者

清水 昭比古  九州大学, 総合理工学研究科, 助教授 (20128036)

研究分担者 鳥居 修一  鹿児島大学, 工学部, 助手 (30180201)
研究期間 (年度) 1989 – 1990
研究課題ステータス 完了 (1990年度)
配分額 *注記
1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
1990年度: 300千円 (直接経費: 300千円)
1989年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード粒子 / 乱流 / 数値解析 / ラグランジ法 / ストカスティックモデル / 固気二相流 / 粒子間衝突 / 不規則反発 / k-εモデル / レイノルズ応力モデル / 噴流 / エロ-ジョン
研究概要

本研究は、連続相の運動を乱流モデルで記述し中を運動する粒子群をラグランジ的且つ確率的に追跡して最終的に粒子状物質を含む乱流を数値的に予測する方法を確立することを目的として行なわれた。まず、解析に採用するkーεモデルとレイノルズ応力モデルの双方に対して、特にレイノルズ数が層流と乱流の境目付近の低い領域にある流れを的確に再現できるようにモデルの改良を行なった。これに引き続いて、レイノルズ応力場でより現実的な粒子運動の追跡が可能となるように、粒子運動の追跡に使用する周囲流体の乱流速度成分の確率密度関数として、従来の2方向独立型のものから2方向結合型の確率密度関数を発生させる簡便な方法を考案した。また、採用する乱流モデルの中には粒子群が存在することによる付加項がソ-スタ-ムの形で現われるが、在来の形式の付加項が結果的には粒子による付加的消散しか与え得ないことを改め、粒子の後方に出来るウェイクのなかに生ずる新たな乱れの寄与を表現できるような形式を考案した。考案したモデルを円形自由噴流と2次元衝突噴流に適用して既存の実験結果を十分に再現できることを示した。研究の後段では、粒子群が輸送管や伝熱管内を流れる際に重要となる壁ー粒子・粒子ー粒子間の衝突の効果を計算の中に組み込む手法を開発し、作成した計算コ-ドを曲円管内固気二相流に適用してその妥当性を検証した。その結果、ロ-ディング比が2程度の希薄な固気二相流でもミリオ-ダ-の比較的粗大な粒子に対しては粒子間衝突の効果が顕著であること、粒子と壁との衝突に際しては粒子の線運動量と角運動量の双方を考慮した運動解析が有効且つ不可欠であること、さらには、粒子が壁と不規則に反発する効果を考慮しないと現実的な運動の解析は出来ないこと、などの重要な知見が得られ、曲円管内固気二相流で観察された粒子のサイズによる特異な熱伝達特性を説明することが出来た。

報告書

(3件)
  • 1990 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1989 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (27件)

  • [文献書誌] 鳥居 修一: "環状流路内の層流化現象に関する研究(第3報 両面加熱の場合)" 九州大学総合理工学研究科報告. 11. 53-59 (1989)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 鳥居 修一: "強く加熱される同心二重円管内ガス流の伝熱流動(改良形kーεモデルによる数値解析)" 日本機械学会論文集. 55. 3136-3143 (1989)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 鳥居 修一: "改良形kーεモデルを用いた加熱層流化現象の解析" 日本機械学会論文集. 55. 3144-3150 (1989)

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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 清水 昭比古: "ストカスティックモデルを用いた固気混相自由噴流の数値解析" 九州大学総合理工学研究科報告. 12. 23-30 (1990)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 清水 昭比古: "固気混相衝突噴流による伝熱面のエロ-ジョン" 九州大学総合理工学研究科報告. 12. 31-38 (1990)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 鳥居 修一: "Laminarization of Strongly Heated Gas Flows in a Circular Tube (Numerical Analysis by Means of a Modified kーε Model)" JSME International Journal. Ser.II, Vol.33. 538-547 (1990)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 清水 昭比古: "Laminarization of Strongly Heated Gas Flows in a Concentric Annular Tube" Proceedings of 3rd ASMEーJSME Thermal Engineering Joint Conference. (1991)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 横峯 健彦: "Stochastic Simulation of GasーSolid Suspension Flows by Means of Reynolds Stress Turbulence Model" Proceedings of 3rd ASMEーJSME Thermal Engineering Joint Conference. (1991)

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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Torii, A. Shimizu, S. Hasegawa and M. Higasa: ""Laminarization of annular duct flow (Part 3 symmetric heating)"" Engineering Sciences Reports, Kyushu University. Vol. 11. 53-59 (1989)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Torii, A. Shimizu, S. Hasegawa and N. Kusama: ""High Flux Heat Transfer of Concentric Annular Gas Flow (Analysis by Use of Modified k-epsilon Model)"" Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. Vol. 55. 3136-3143 (1989)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Torii, A. Shimizu, S. Hasegawa and M. Higasa: ""Analysis of the Laminarization Phenomena in a Circular Tube by Use of a Modified k-epsilon Model"" Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. Vol. 55. 3144-3150 (1989)

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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A. Shimizu, S. Hasegawa and T. Yokomine: ""Numerical Analysis of Gas-Solid Suspension Jet by means of Stochastic Model"" Engineering Sciences Reports, Kyushu University. Vol. 12. 23-30 (1990)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A. Shimizu, S. Hasegawa, H. Yoshida and Y. Yagi: ""Erosion of heat transfer surface due to an impingement of gas-solid suspension jet"" Engineering Sciences Reports, Kyushu University. Vol. 12. 31-38 (1990)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Torii, A. Shimizu, S. Hasegawa and M. Higasa: ""Laminarization of Strongly Heated Gas Flows in a Circular Tube (Numerical Analysis by Means of a Modified k-epsilon Model)"" JSME International Journal Series II. Vol. 33. 538-547 (1990)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A. Shimizu, S. Torii and S. Hasegawa: ""Laminarization of Strongly Heated Gas Flows in a Concentric Annular Tube"" Proceedings of 3rd ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference.

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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Yokomine, A. Shimizu and S. Hasegawa: ""Stochastic Simulation of Gas-Solid Suspension Flows by Means of Reynolds Stress Turbulence Model"" Proceedings of 3rd ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference.

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      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 清水 昭比古: "ストカスティックモデルを用いた固気混相自由噴流の数値解析" 九州大学総合理工学研究科報告. 12. 23-30 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] 清水 昭比古: "固気混相衝突噴流による伝熱面のエロ-ジョン" 九州大学総合理工学研究科報告. 12. 31-38 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] 鳥居 修一: "Laminarization of Strongly Heated Gas Flows in a Circular Tube (Numericel Analysis by Means of a Modified Kーε Model)" JSME International Journal. Ser.II,Vol.33. 538-547 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] 清水 昭比古: "Laminarization of Strongly Heated Gas Flows in a Concentric Annular Tube" Proceedings of 3rd ASMEーJAME Thermal Engineering Joint Conference. (1991)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] 横峯 健彦: "Stochastic Simulation of GasーSolid Suspension Flows by Means of Reynolds Reynolds Stress Turbulence Model" Proceeding of 3rd ASMEーJSME Thermal Engineering Joint Conference. (1991)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] 鳥居修一: "環状流路内の層流化現象に関する研究(第3報・両面加熱の場合)" 九州大学総合理工学研究科報告. 11. 53-59 (1989)

    • 関連する報告書
      1989 実績報告書
  • [文献書誌] 鳥居修一: "強く加熱される同心二重円管内ガス流の伝熱流動(改良形k-εモデルによる数値解析)" 日本機械学会論文集(B編). 55-518. 3136-3143 (1989)

    • 関連する報告書
      1989 実績報告書
  • [文献書誌] 鳥居修一: "改良型k-εモデルを用いた加熱層流化現象の解析" 日本機械学会論文集(B編). 55-518. 3144-3150 (1989)

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      1989 実績報告書
  • [文献書誌] Shuichi Torii: "Laminarization of Strongly Heated Gas Flows in a Circular Tube(Numerical Analysis by Means of a Modified k-ε Model)" JSME International Journal. Ser II,Vol.33. (1990)

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      1989 実績報告書
  • [文献書誌] 清水昭比古: "ストカスティックモデルを用いた固気混相自由噴流の数値解析" 九州大学総合理工学研究科報告. 12. (1990)

    • 関連する報告書
      1989 実績報告書
  • [文献書誌] 清水昭比古: "固気混相衝突噴流による伝熱面のエロ-ジョン" 九州大学総合理工学研究科報告. 12. (1990)

    • 関連する報告書
      1989 実績報告書

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公開日: 1989-04-01   更新日: 2016-04-21  

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