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本研究は、連続相の運動を乱流モデルで記述し中を運動する粒子群をラグランジ的且つ確率的に追跡して最終的に粒子状物質を含む乱流を数値的に予測する方法を確立することを目的として行なわれた。まず、解析に採用するkーεモデルとレイノルズ応力モデルの双方に対して、特にレイノルズ数が層流と乱流の境目付近の低い領域にある流れを的確に再現できるようにモデルの改良を行なった。これに引き続いて、レイノルズ応力場でより現実的な粒子運動の追跡が可能となるように、粒子運動の追跡に使用する周囲流体の乱流速度成分の確率密度関数として、従来の2方向独立型のものから2方向結合型の確率密度関数を発生させる簡便な方法を考案した。また、採用する乱流モデルの中には粒子群が存在することによる付加項がソ-スタ-ムの形で現われるが、在来の形式の付加項が結果的には粒子による付加的消散しか与え得ないことを改め、粒子の後方に出来るウェイクのなかに生ずる新たな乱れの寄与を表現できるような形式を考案した。考案したモデルを円形自由噴流と2次元衝突噴流に適用して既存の実験結果を十分に再現できることを示した。研究の後段では、粒子群が輸送管や伝熱管内を流れる際に重要となる壁ー粒子・粒子ー粒子間の衝突の効果を計算の中に組み込む手法を開発し、作成した計算コ-ドを曲円管内固気二相流に適用してその妥当性を検証した。その結果、ロ-ディング比が2程度の希薄な固気二相流でもミリオ-ダ-の比較的粗大な粒子に対しては粒子間衝突の効果が顕著であること、粒子と壁との衝突に際しては粒子の線運動量と角運動量の双方を考慮した運動解析が有効且つ不可欠であること、さらには、粒子が壁と不規則に反発する効果を考慮しないと現実的な運動の解析は出来ないこと、などの重要な知見が得られ、曲円管内固気二相流で観察された粒子のサイズによる特異な熱伝達特性を説明することが出来た。
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