| 研究課題/領域番号 |
21K03873
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 信州大学 |
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研究代表者 |
吉野 正人 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00324228)
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| 研究分担者 |
鈴木 康祐 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (10735179)
浅岡 龍徳 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (30508247)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
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| キーワード | 格子ボルツマン法 / 氷スラリー流 / 固液二相流 / 融解・凝固 / 相変化 / 平均ヌッセルト数 / 壁面ヌッセルト数 / 氷粒子クラスタ― / 氷スラリー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
（1）融解・凝固などの固液相変化を考慮した熱移動解析モデルを開発し，計算効率の高い固液二相系の埋め込み境界ー格子ボルツマン法（固液二相系熱IB-LBM）を確立する．
（2）開発した計算コードを用いて，次世代の熱輸送媒体である氷スラリー（氷と液体の固液混相流）の熱流動シミュレーションを実施する．
（3）数値計算結果をもとに，粒子の空間的位置と熱流束の関係について考察し，
固体粒子が含まれることによる熱伝達性能の向上について，そのメカニズムを明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
融解・凝固のための計算モデルを構築し，熱を考慮した埋め込み境界－格子ボルツマン法に組み込むことにより，固液相変化を含む熱流動シミュレーション法を開発した．まず，ステファン問題の計算を行い，有限差分法による参照解との比較から本手法の妥当性を確認した．次に，本手法を用いて多数の球形粒子を含む円管内氷スラリー流の熱流動計算を行い，粒子－粒子間および粒子－壁面間の付着により発生するクラスタが流動特性ならびに熱伝達特性に与える影響や，浮力の効果により氷粒子が円管の半径方向にどのように分布するのかなど，最終的にはミクロな観点からの熱流動現象について考察した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で開発した熱流動計算法は，複雑流れに対してもアルゴリズムが簡単な格子ボルツマン法と，任意形状の境界を扱う問題に対して複雑なメッシュ生成が不要な埋め込み境界法を組み合わせた計算効率の高い手法であり，これに融解・凝固の固液相変化を組み込んだ計算手法はこれまでにあまり例がなく，学術的な意義は大きい．また，固体粒子一つ一つを十分な空間解像度で表現することが可能であることから，氷スラリーのような移動境界を伴う熱流動問題の計算に対して有効である．
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