| 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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| 研究成果の概要 |
多相系乱流の数値解析手法として、直接数値計算からラージエディシミュレーションへの展開を意図し、固体粒子群を含む乱流場に対して局所体積平均に基づく統合平均方程式を導出した。検査体積内での固体・流体間の相互作用力項とサブグリッドスケール応力項を抽出し、既存のモデルの形式を適用できる範囲内では、統合平均方程式の枠組みが多相系乱流の高効率解析に有効であることを検証した。有用性を示す応用例として、固液二相乱流における運動量と熱の非相似輸送条件の探索を試みたが、高濃度で混入した粒子の集団挙動を扱う必要性が見通され、現実的な格子数で求めるため、粒子間の狭隘流路に適用する拡張潤滑モデルの構築と実装を行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
混相流と乱流の数値シミュレーションでは従来、それぞれの分野で慣用的な（しばしば明確に定義されていない）平均化方程式と物理モデルが用いられてきた。多相系の乱流に対しては、それぞれの既存のモデルの欠陥だけでなく、単純な組み合わせによる不整合が解消されていないため、普遍的な解析方法が確立されていない。本研究で導出した統合平均方程式は、放置されてきたこれらの問題を解決する指針を与える。
省エネルギーに寄与する流動抵抗の低減と伝熱の促進の両立は、単相流では困難であるが、混相状態にすれば実現できるかもしれない。本研究は、運動量と熱の非相似輸送条件を探索するための数値シミュレーション法の構築の基盤となる。
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