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粒子分散混相流れ中の自己相似性・多重スケール性に基づく粒子集団挙動の解析

研究課題

研究課題/領域番号 26420111
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関大阪大学

研究代表者

竹内 伸太郎  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50372628)

連携研究者 梶島 岳夫  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30185772)
研究協力者 深田 利昭  
谷 京晨  
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード粒子流れ / 粒子混相流れ / 熱物質輸送 / 膜状構造物 / 混相流れ
研究成果の概要

高解像度の数値計算によって分散粒子混相流中の熱輸送解析を実施した。閉容器の鉛直方向に一定温度差を与えた系に粒子を添加し、粒子の熱伝導率や粒子体積率を変化させて熱輸送特性を調べたところ、粒子を含む流れ場の運動量と熱輸送スケールの違いに起因する特徴的な粒子集団運動を見出した。
また、流れの中に分散して存在する粒子が受ける力のモデリングにも焦点を当てて研究を進めた。流体運動の基礎方程式に粒子径と同程度の空間スケールにおける体積平均を施した方程式を導出し、新たに提案した(粒子表面の局所応力を反映させた)流体相への作用力とともに解くことで、モデリングの有効性を様々な流れ場について確認した。

報告書

(4件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実施状況報告書
  • 2014 実施状況報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 8件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 11件、 招待講演 4件) 備考 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Edinburg University(United Kingdom)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] A consistent direct discretization scheme on Cartesian grids for convective and conjugate heat transfer2016

    • 著者名/発表者名
      Norikazu Sato, Shintaro Takeuchi, Takeo Kajishima, Masahide Inagaki, Nariaki Horinouchi
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics

      巻: 321 ページ: 76-104

    • DOI

      10.1016/j.jcp.2016.05.034

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interaction force and residual stress models for volume-averaged momentum equation for flow laden with particles of comparable diameter to computational grid width2016

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

      International Journal of Multiphase Flow

      巻: 85 ページ: 298-313

    • DOI

      10.1016/j.ijmultiphaseflow.2016.06.018

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wake structures of a particle in straight and curved flows2016

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

      Springer Proceedings in Physics

      巻: 185 ページ: 189-194

    • DOI

      10.1007/978-3-319-30602-5_24

    • ISBN
      9783319306001, 9783319306025
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Heat transfer in natural convection with finite-sized particles considering thermal conductance due to inter-particle contacts2016

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Takeuchi, Takaaki Tsutsumi, Katsuya Kondo, Takeo Kajishima
    • 雑誌名

      Computational Thermal Sciences

      巻: 8 号: 5-6 ページ: 385-404

    • DOI

      10.1615/computthermalscien.2016014791

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of Vortical Structures on the Forced Convective Heat Transfer in Oscillation-Controlled Coaxial-Pipe Heat Exchanger2016

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Takagi, Shintaro Takeuchi and Takeo Kajishima
    • 雑誌名

      Journal of Enhanced Heat Transfer

      巻: 22 号: 5 ページ: 365-389

    • DOI

      10.1615/jenhheattransf.2016015399

    • NAID

      120005774839

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 粒子周りの曲がった背景流れにおける体力の自己相似性2015

    • 著者名/発表者名
      深田利昭、竹内伸太郎、梶島岳夫
    • 雑誌名

      ながれ

      巻: 34 ページ: 345-348

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A numerical method for mass transfer by a thin moving membrane with selective permeabilities2015

    • 著者名/発表者名
      Suguru Miyauchi, Shintaro Takeuchi, Takeo Kajishima
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics

      巻: 284 ページ: 490-504

    • DOI

      10.1016/j.jcp.2014.12.048

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 平板上に設置された弾性柱群と乱流の相互作用の数値シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      花輪理徳, 山田暁, 宮内優, 竹内伸太郎, 梶島岳夫
    • 雑誌名

      ながれ

      巻: 33-6 ページ: 513-517

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fixed-mesh approach for different dimensional solids in fluid flows: application to biological mechanics2014

    • 著者名/発表者名
      Suguru Miyauchi, Azusa Ito, Shintaro Takeuchi, Takeo Kajishima
    • 雑誌名

      Journal of Mechanical Engineering and Sciences

      巻: 6 ページ: 818-844

    • DOI

      10.15282/jmes.6.2014.9.0079

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Effects of Solid Particles on Heat Transfer in Dense Particle-Liquid Two-Phase Media Based on Rayleigh Number2016

    • 著者名/発表者名
      Jingchen Gu, Shintaro Takeuchi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      Two-phase Modelling for Sediment Dynamics in Geophysical Flows
    • 発表場所
      Tokyo
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct Numerical Simulation of Heat Transfer in Dense Particle-Liquid Two-Phase Media2016

    • 著者名/発表者名
      Jingchen Gu, Katsuya Kondo, Shintaro Takeuchi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      International Conference on Multiphase Flow
    • 発表場所
      Firenze
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Volume-averaged equations for direct numerical simulation of particle-dispersed flow under a grid resolution comparable to particle diameter and Kolmogorov length scale2016

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Fukada, Shintaro Takeuchi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      International Conference on Multiphase Flow
    • 発表場所
      Firenze
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mass transfer of solute and solvent across a deforming permeable membrane2016

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Takeuchi, Suguru Miyauchi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      International Conference on Multiphase Flow
    • 発表場所
      Firenze
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical simulation of heat transfer in solid-dispersed two-phase media2016

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Takeuchi
    • 学会等名
      2nd International Workshop on Numerical Simulations of Particle/Droplet/Bubble-laden Flow
    • 発表場所
      Yokohama
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Computational study of heat transfer in particle-laden flow considering temperature gradient within particles and inter-particle lubrication2015

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Harada, Shintaro Takeuchi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow 2015
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      2015-11-22
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書 2014 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct numerical simulation of heat transfer in shear flow of liquid-solid two-phase media2015

    • 著者名/発表者名
      Takeo Kajishima and Shintaro Takeuchi
    • 学会等名
      European-Japanese Two-Phase Flow Group Meeting
    • 発表場所
      Zermatt, Switzerland
    • 年月日
      2015-10-11 – 2015-10-15
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Direct numerical simulation of heat transfer in liquid-solid two-phase media2015

    • 著者名/発表者名
      Takeo Kajishima and Shintaro Takeuchi
    • 学会等名
      7th European-Japanese Two-Phase Flow Group Meeting
    • 発表場所
      Zermatt, Switzerland
    • 年月日
      2015-10-11
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Numerical simulation of heat transfer in shear flow of liquid-solid two-phase media by immersed solid approach2015

    • 著者名/発表者名
      Takeo Kajishima, Katsuya Kondo, Shintaro Takeuchi
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Conference on Fluids Engineering 2015
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      2015-07-26
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書 2014 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] DNS analysis of the interaction between turbulent flow and elastic fibers implanted on a flat plate2015

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Hanawa, Suguru Miyauchi, Shintaro Takeuchi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      Ninth International symposium on turbulence and shear flow phenomena
    • 発表場所
      Melbourne, Australia
    • 年月日
      2015-06-30 – 2015-07-03
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] DNS analysis of the interaction between turbulent flow and elastic fibers implanted on a flat plate2015

    • 著者名/発表者名
      Takanori Hanawa, Suguru Miyauchi, Shintaro Takeuchi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      Ninth International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • 発表場所
      Melbourne, Australia
    • 年月日
      2015-06-30
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Deflection of the wake of a particle in sheared ambient flows2015

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Fukada, Shintaro Takeuchi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows
    • 発表場所
      Stockholm, Sweden
    • 年月日
      2015-06-16
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書 2014 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Heat transfer in particle-dispersed two phase flows considering temperature gradient within the particles2015

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Takeuchi, Takaaki Tsutsumi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      6th International Symposium on Advances in Computational Heat Transfer
    • 発表場所
      New Jersey, USA
    • 年月日
      2015-05-25
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書 2014 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical study of heat transfer problems in two-phase flows involving temperature distribution within dispersed solid particles2015

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Takeuchi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      International Conference of Computational Methods in Sciences and Enginnering
    • 発表場所
      Athens, Greece
    • 年月日
      2015-03-20 – 2015-03-23
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Direct Numerical Simulation of Heat Transfer in Dispersed Solid-Liquid Two-Phase Flow2014

    • 著者名/発表者名
      Takeo Kajishima and Shintaro Takeuchi
    • 学会等名
      The Tenth Asian Computational Fluid Dyanamics Conference
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2014-10-19 – 2014-10-23
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical simulation of the interaction between a spherical particle and curved background fows2014

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Fukada, Shintaro Takeuchi and Takeo Kajishima
    • 学会等名
      2nd International Conference on Numerical Methods in Multiphase Flows
    • 発表場所
      Darmstadt, Germany
    • 年月日
      2014-06-30 – 2014-07-02
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 粒子分散混相流中における熱伝達の数値シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      竹内伸太郎
    • 学会等名
      第21回LBM研究会
    • 発表場所
      京都大学・桂キャンパス
    • 年月日
      2014-06-27
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] Cyber HPC Symposium 2016

    • URL

      http://vis.cmc.osaka-u.ac.jp/cat_gallery/hpc_sympo2016/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Workshop on Particle-laden Turbulent Multiphase Flow2016

    • 発表場所
      Osaka University
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-22  

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