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乱流による非等方な粒子拡散挙動の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K13692
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分19010:流体工学関連
研究機関一般財団法人電力中央研究所

研究代表者

深田 利昭  一般財団法人電力中央研究所, エネルギー技術研究所, 主任研究員 (30812127)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード粒子拡散 / 乱流 / 固気混相流 / 体積平均 / 非質点粒子 / 流体-粒子相互作用モデル / 分散性混相流
研究成果の概要

乱流中の粒子拡散挙動を明らかにするため、詳細な数値解析を実施し、複数の粒子拡散モデルの再現性を評価した。乱流の数値解析実施に先駆けて、粒子挙動を高精度に再現するための解析手法を確立し、その手法の妥当性を確認した。非等方な粒子拡散の向きに着目して、粒子のサイズによる各モデルの再現性の違いを示した。さらに等方乱流と非等方乱流では適切な粒子拡散モデルが異なる可能性があることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の前半で提案した粒子サイズの影響を反映した流体-粒子の相互作用解析手法は、粒子を質点とみなす従来の解析手法よりも現実的であり、大規模かつ高精度な粒子群挙動が再現可能となった。乱流中の粒子拡散挙動に関する結果では、これまで不明であった乱流構造によるモデルの再現性の違いを示した。得られた結果に基づいて条件に応じたモデルの切り替えを提案することで、粒子挙動が重要な工学的応用や自然界の現象に対して高精度な予測を可能にする。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果発表報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Particle subgrid stress models for large Stokes numbers in particle-laden turbulence2022

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Fukada, Shintaro Takeuchi, Kajishima Takeo
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Mechanics

      巻: 946

    • DOI

      10.1017/jfm.2022.593

    • 関連する報告書
      研究成果発表報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Anisotropic Reaction Force Model in Two-way Coupling Simulation for a Smaller Particle Than Grid Spacing Based on Volume Averaging2020

    • 著者名/発表者名
      Fukada Toshiaki、Takeuchi Shintaro、Kajishima Takeo
    • 雑誌名

      Flow, Turbulence and Combustion

      巻: 105 号: 4 ページ: 1017-1034

    • DOI

      10.1007/s10494-020-00142-0

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of fluid forces on a spherical particle for two-way coupling simulation based on the volume averaging2019

    • 著者名/発表者名
      Fukada Toshiaki、Takeuchi Shintaro、Kajishima Takeo
    • 雑誌名

      International Journal of Multiphase Flow

      巻: 113 ページ: 165-178

    • DOI

      10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.01.009

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 非一様流れの中で粒子が受ける履歴力の数値解析2018

    • 著者名/発表者名
      深田利昭
    • 雑誌名

      粉体工学会誌

      巻: 55 ページ: 433-438

    • NAID

      130007497952

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] A REACTION FORCE MODEL IN TWO-WAY COUPLING SIMULATION FOR A SMALLER PARTICLE THAN GRID SPACING BASED ON VOLUME AVERAGING2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Fukada, Shintaro Takeuchi, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      10th International Conference on Multiphase Flow
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A NEW IMMERSED STRESS METHOD BASED ON VOLUME AVERAGE2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Fukada, Shintaro Takeuchi, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      ASME - JSME - KSME Joint Fluids Engineering Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 粒子周り流れの擾乱効果を考慮した流体力の評価手法2018

    • 著者名/発表者名
      深田利昭, 竹内伸太郎, 梶島岳夫
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Numerical approach for flow laden with particles of non-negligible size2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Fukada
    • 学会等名
      A Symposium on Patterns and Dynamics in Multiphase and Interface Flows
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of flow disturbance around a particle for fluid force estimation in two-way coupling simulation2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Fukada, Shintaro Takeuchi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      71st Annual Meeting of the American Physical Society Division of Fluid Dynamics
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-03-30  

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