| 研究概要 |
本研究では数値解析により,固気二相流中で形成される粒子クラスター流動における粒子クラスターの3次元空間構造について調べた.計算では,3方向を周期境界で囲まれた粒径128μmの球形ガラス粒子の空気中での重力沈降流動に対して,粒子に対して剛体球モデルによる粒子追跡法による計算,流体に対してNS方程式の直接数値シミュレーションを行い,両者のtwo-wayカップリング計算を行った.得られた結果を以下に示す.
1.計算領域の大きさが粒子クラスターの空間構造に及ぼす影響について,粒子濃度の鉛直方向および水平方向に対するパワースペクトルに基づいて調べた.その結果,計算領域の大きさには関わらず,水平方向では波数が150m^<-1>以上,鉛直方向では波数が100m^<-1>以上でパワースペクトル分布はほぼ一定値を示した.水平方向に対する波数が150m^<-1>以下,鉛直方向に対する波数が100m^<-1>以下では波数の減少とともにパワースペクトル分布は増大した.ただし,水平方向のパワースペクトル分布については水平方向の計算領域が大きな場合(256mm),鉛直方向のパワースペクトル分布については鉛直方向の計算領域が大きな場合(384mm以上)に,再び低波数域でパワースペクトル分布が一定値示す傾向が得られた.
2.さらに大きな計算領域に対する計算を可能にするため,粒子間衝突計算にDSMC法を導入し,決定論的方法による粒子間衝突計算を用いた計算結果による検証を行い,DSMC法を用いた計算が十分な精度を有することを示した.
3.粒子濃度のパワースペクトル分布を基にして,ローパスフィルターにより粒子クラスターの3次元構造を抽出し,可視化する手法を提案し,これによる粒子クラスターの3次元構造の観察を行った.また,粒子クラスターの3次元構造と,流体の低速ストリークおよび高速ストリークの3次元構造を可視化し,観察を行った.
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