| 研究課題/領域番号 |
13650167
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
越塚 誠一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (80186668)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2002
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| 研究課題ステータス |
完了 (2002年度)
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| 配分額 *注記 |
4,100千円 (直接経費: 4,100千円)
2002年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
2001年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
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| キーワード | 気液二相流 / 液滴 / 表面張力 / 数値解析 / 粒子法 / 臨海ウエーバー数 / 界面面積 / MPS法 / 気液三相流 / ドライアウト / 沸騰遷移 / 液滴の分裂 / 液滴流 / 臨界ウエーバー数 |
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| 研究概要 |
気液二相流の解析では、従来より二流体モデルを用いられてきた。気相と液相の流れの支配方程式を連立させ、相間の相互作用については相関式を用いる。こうした相関式は実験的に得られるものであり、従来解析することが困難であった。特に、気液界面面積は相間の相互作用を決める基本的なパラメータであり重要である。粒子法と呼ばれる新しい数値解析手法では、格子を必要としないため、界面の大変形や流体の分裂・合体を解析することができる。そこで、液滴流れにおける界面面積を決定する臨界ウエーバー数の数値解析を粒子法によって試みた。
ここで用いる粒子法は、MPS(Moving Particle Semi-implicit)法であり、研究代表者らが独自に開発した数値解析法である。表面張力の計算モデルを新たに開発し、これを加えることにより、単一液滴の運動を解析できるようにした。正方形状の液滴の表面張力による振動を計算し、振動周期が解析解と一致することを確認した。次に、液滴周りの流れを計算し、液滴表面の圧力分布が従来の研究と一致することを確認した。液滴の分裂に対する駆動力は液滴表面の圧力分布であり、抑制力は表面張力であり、どちらも検証することができた。こうした計算を精度良くおこなうためには、液滴を100個以上の粒子で表す必要があることがわかった。
液滴の分裂はウエーバー数と呼ばれる無次元数に支配されることが知られている。ウエーバー数は、上記の駆動力と抑制力の比に相当する。臨界ウエーバー数は液滴の分裂の限界を与える無次元数であり、これよりウエーバー数が大きい場合には液滴の分裂が生じ、小さい場合には液滴の分裂が起きない。MPS法でウエーバー数を様々に変えて計算したところ、臨界ウエーバー数=13を得た。これは従来の実験とも一致している。従って、MPS法によって臨界ウエーバー数の直接解析に成功することができた。
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