| 研究課題/領域番号 |
17K18836
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 研究分野 |
流体工学、熱工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
中西 為雄 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (10235799)
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| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2019年度)
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| 配分額 *注記 |
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | Multiphase Flow / Interface Capturing / Algebraic VOF Method / Heaviside Function / Volume of Fluid / Interface Tracking / Dam-break Problem / 流体工学 / シミュレーション工学 |
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| 研究成果の概要 |
気液界面が存在する流れを扱う代数型VOF法について、媒介変数を介しての多次元ヘビサイド関数を指標関数に選定し、その逐次積分関数を解析的に求めた。これに基づく新しい界面捕獲法を確立し、気液二相流の高精度シミュレーションツールを構築した。新しい方法は界面を１格子間隔で捕え続けることができる。従来の方法に比べ、界面の変形をより正確に再現することができ、質量保存性も優れている。
本研究の過程で、MTHINC法に対する質量中心近似による計算法も考案した。さらに、ヘビサイド関数とその逐次積分関数、デルタ関数に収束する解析的に微分・積分可能な補間関数群を新たに発見した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
40年前にVOF法が提案されてから、多くの研究者によって改良され、気液二相流のコア解析技術としての地位を得ている。VOF法は幾何学型と代数型に分類され、前者は格子セル内の界面位置を定めるために、幾何学的再構築が必要である。後者は滑らかな指標関数を使用し、その体積分を計算する必要がある。
本研究は媒介変数を介しての多次元ヘビサイド関数を指標関数に選定し、その体積分を解析的に計算する方法を確立し、VOF法の最大のネックとなっていた問題を解決した。新しい方法は既存の方法より優れ、アルゴリズムが極めて簡単で、界面の劣化が発生しない。気液二相流の数値解析技術を著しく進歩させることができる。
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