| 研究課題/領域番号 |
19H02066
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
梶島 岳夫 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 招へい教授 (30185772)
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| 研究分担者 |
竹内 伸太郎 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (50372628)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
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| キーワード | 流体工学 / 混相流 / 乱流 / 粒子 / 数値シミュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
流体の中に多数の固体粒子が分散した流れは工業装置や自然界あるいは生体内に幅広く観察され、ほとんどは乱流の状態にある。これを分散性混相乱流という。この流動を統一的に扱う数値シミュレーション手法が確立されれば、現象の解明にとどまらず、優れた輸送機能を有する媒体の開発、装置の設計、現象の制御にも強力な手段となる。本研究は、分散粒子と乱流に対してそれぞれ発展してきた理論的な扱い（数理モデル）を統合できる体積平均方程式系を確立し、例えば（流体だけでは相反する）抵抗低減と伝熱促進を両立させる混相乱流輸送現象を新規に見出し、そのメカニズムを解明することにより、提案する手法の有用性を検証する試みである。
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| 研究実績の概要 |
混相および乱れに対して明示的に定義された共通の空間フィルターで粗視化し、適切な相互作用力モデルおよびサブグリッドスケールモデルを適用することにより、二相乱流伝熱場のための整合性のある統合平均方程式の構築を目標とした。適用例としては、粒子混相流における熱と運動量の非相似輸送の探索を想定した。そのために不可欠な要素として、高濃度粒子群を扱うための潤滑理論の拡張ならびに埋め込み法の開発を行った。成果は以下のとおりである：
(1) 直接数値計算（DNS）によるデータベースを構築するため、単相乱流のDNSプログラムに対して、有限サイズを考慮した固体粒子モデル・伝熱モデルを必要に応じた改良を加えて組み込みつつ、固液二相乱流伝熱の数値シミュレーションを諸条件で実行してデータを蓄積した。
(2) 固体粒子間の狭隘流路におけるスクイズ流れの影響が大きくなることから、潤滑が支配的な流れ場に適用できる手法の開発に注力した。独自に拡張した潤滑方程式の速度と圧力の解析解を直接埋め込む方法を開発し、詳細解析結果との比較により検証を行った。さらに、有限サイズの粒子間の輻射伝熱も考慮した解析手法など、調査するパラメーターの拡大を見越した多機能化に取り組んだ。
(3) 混相乱流の統一的な平均化方程式の構築に向け、粒子の表面応力の非等方性を考慮して導出した粒子-流体の相互作用モデルに基づき、乱流のサブグリッドスケール（SGS）モデルに関する提言を学会誌に連載寄稿している。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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