| 研究課題/領域番号 |
21K14071
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 東北大学 |
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研究代表者 |
永田 貴之 東北大学, 工学研究科, 特任助教 (30898276)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | 固気混相流 / 粒子間干渉 / 圧縮性低レイノルズ数流れ / 直接数値解析 / シュリーレン可視化 / 圧縮性混相流 / 直接数値計算 / 流体干渉 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
圧縮性混相流の高忠実度シミュレーションと現象理解に向けて，圧縮性低レイノルズ数流れ における粒子間の流体力学的干渉効果の解明とモデル化に挑む．三次元圧縮性Navier-Stokes方程式の直接数値計算および衝撃波管を用いた平面衝撃波と粒子クラスターの干渉実験により，圧縮性低レイノルズ数流れでの粒子間の流体力学的干渉効果を解明し，粒子間の流体力学的干渉により生じる流体力や応力分布の変化をモデル化する．粒子間干渉の効果を含めた精緻なモデル化により，圧縮性混相流の高忠実度シミュレーションとそれを用いた現象理解や流体機械の性能向上に向けた基盤を構築する．
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| 研究成果の概要 |
数値計算と実験で圧縮性低Reynolds数流れでの粒子間の流体力学的干渉の効果を明らかにした．数値計算では，近接して配置した一様流中の固定二粒子周り流れの解析を行い，流れ場や流体力における干渉の効果に対するマッハ数効果を明らかにした．また，衝撃波との干渉を粒子の運動を考慮して解析し，粒子の密度や位置関係が衝撃波と干渉した後のそれぞれの粒子の運動に与える影響を明らかにした．また，過去に行った数値計算の結果を用いて既存の単体粒子の抵抗モデルを改良した．実験では，衝撃波管及び低密度風洞において，球や角柱，円柱など様々な物体において物体間の流体力学的干渉を圧縮性低Reynolds数条件で調べた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
粒子を含む流れは，大気や生体，内燃機関など様々な場所で現れる．そのような流れでは，粒子の影響で乱流の大規模構造など流れ場全体の構造が変化する．ガスタービンエンジン内の噴霧燃焼など，流れが高速流の場合は圧縮性混相流となり，現象はより複雑化するが，数値計算による実現象の再現には，粒子の影響を忠実に反映した混相流計算が必要である．しかし，微粒子周り流れが圧縮性低Reynolds数条件のため，実験計測の困難さから粒子周り流れの基礎特性が明らかでない．本研究により圧縮性混相流における粒子間の流体力学的干渉の効果が明らかとなり，圧縮性混相流の高精度モデリングに向けた基礎的知見を得ることができた．
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