新たな固相モデルに基づく固体-流体混相乱流LESモデルの開発と汎用化

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07750593
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 二瓶 泰雄 東京工業大学, 大学院・情報理工学研究所, 助手 (60262268)
• キーワード: LES / GALモデル / 固体-流体混相乱流 / オイラーラグランジュ / 粒子プルーム / 大規模渦 / 格子・空間平均 / 再配分操作

研究概要

土石流や土砂輸送問題などの土木分野でよく見られる「大規模・高粒子濃度」混相流場へも適用可能な、従来の混相乱流モデルの枠組みと大きく異なる新たな数値モデル(GAL-LESモデル)を構築した。このモデルの大きな特長は、1)超多粒子系の運動を計算機負荷を軽減した形で計算し、2)粒子衝突や接触などの粒子運動の素過程を合理的に表現し、3)高精度乱流モデルであるLESを混相流場へ拡張をする、という3点である。
さらに、高濃度領域へ本モデルを適用可能にするために、高濃度領域において重要な支配因子の一つとなる粒子衝突に関して、衝突力を粒子に及ぼす確率外力として取り扱うことを通じて、粒子平均速度や分散に関する評価式を導出した。そして、この数値モデルの開発を通じて、そのプログラムコードを構築した。それを用いて高濃度混相流の基本的な一例である高濃度水平流動層(スラリー輸送問題)に本モデルを適用したところ、粒径や密度などの粒子条件により大きく変化する流動層特有の流動様式に関して実験結果と計算結果は良好に一致し、本モデルの有効性・妥当性が検証された。時間平均モデルの枠組みで捉えられている既存の混相流モデルでは、水平流動層の流動様式を予測し得るものはこれまで存在し得ず、このようなことは本モデルの新規性の一面を示す一例となり得る。

研究成果

• [文献書誌] 灘岡和夫,二瓶泰雄,八木実: "新しい国相モデルに基づく固体-流体混相乱流LESモデルの開発" 土木学会論文集. No.534. 61-73 (1996)
• [文献書誌] 二瓶,灘岡,八木: "新しい混相乱流モデルを用いた高濃度流動層に関する数値シミュレーション" 土木学会海岸工学論文集. 42. 531-535 (1995)
• [文献書誌] 二瓶,灘岡: "大規模渦構造に着目したbubble pluneに関する数値シミュレーション" 土木学会水工学論文集. 40(発表予定). (1996)
• [文献書誌] Nadaoka,Nihei,Yagi: "A New Frame work for LES Modeling of Solid-Fluid Phase Turbu lent Flow" Proc.2nd Int.Conf.Multiphase Flow ′95-KYOTO. 2. 71-74 (1995)
• [文献書誌] 二瓶,灘岡: "GAL-LESモデルを用いた気泡プルームの数値計算" 混相流シンポジウム. 14. 124-127 (1995)
• [文献書誌] 二瓶,灘岡: "粒子応答特性を考慮したGAL-LESモデルによる混相プルームの数値解析" 数値流体力学シンポジウム講演論文集. 9. 375-376 (1995)