LESモデルによる混相流数値解析の開発と評価

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08405017
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小林 敏雄 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 教授 (50013206)
• 研究分担者: 高木 周 東京工業大学, 工学部, 助手 (30272371) ; 大島 まり 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (40242127) ; 佐賀 徹雄 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (30013220) ; 谷口 伸行 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10217135)
• キーワード: 混相流 / モデリング / LES / 乱流 / 気泡流 / 分散相 / 気泡の挙動 / 画像処理

研究概要

本研究では分散系の混相流についてLESにおけるモデル化を試み、その評価と最適化を主に数値にシミュレーションにより行う。本年度は、特に、1)気泡の流動・変形の直接シミュレーションにより媒質流体への影響や気泡間の干渉の解析し混相乱流に適用可能な気泡流モデル再構築を検討し、2)分散粒子混相流についての数値計算法としてラグランジュ的方法と統計平均方程式による方法を数値検証などにより比較検討し、3)分散粒子との連成を扱えるような複雑乱流LESモデルをダイナミックSGSモデルに基づき導出し数値検証し、4)ラグランジュ的手法に基づく分散系混相乱流のLES解析コードを試作した。また、数値計算上の課題として、一般座標系への適用を考慮した高精度LES解析法の開発と誤差評価、乱流非定常流に適用できるラグランジュ的粒子運動計算法の開発と検証、および、大規模計算を想定した並列計算機環境に適した流れ解析コードの開発などを行った。解析対象には、一様せん断流中単独および少数気泡の流動、スカラー輸送、外力効果や障害物の影響などを考慮したチャンネル乱流、円柱/角柱後方の非定常剥離流などを取り上げて数値解析による解析モデルの検証を行い、分散系混相乱流の検証対象としてはチャンネル乱流を取り上げた。また、実験上の課題としては、分散粒子の多次元的な流動や変形の画像処理計測を高精度に行いうる実験装置システム、測定法およびデータ処理法の開発を行い、乱流噴流などに適用して計測精度などを検証した。

研究成果

• [文献書誌] 木枝香織: "円柱まわりの流れの三次元数値シュミレーション(第一報、時間・空間相関の関係)" 日本機械学会論文集(B編). 63巻・614号. 3231-3238 (1997)
• [文献書誌] 木枝香織: "円柱まわりの流れの三次元数値シュミレーション(第2報、三次元流れの可視化)" 日本機械学会論文集(B編)掲載予定. (1998)
• [文献書誌] T.Kogaki: "LES of Flow Around a Square Cylinder" Direct and Large Eddy Simulation 2 (Proc.ERCOFTAC Workshop). 401-408 (1997)
• [文献書誌] Makoto Tsubukura: "The Assessment of Eddy Viscosity Type SGS Models by Simulating Turbulent Channel Flow" Advances in DNS/LES (proc.1st AFOSR International Conference). 325-332 (1997)
• [文献書誌] Namseob Park: "Investigation on Large Eddy Simulation of Turbulent Flow around a Cubical Obstacle Mounted on a Channel Surface" JSME International Conference on Fluid Engineering. 1271-1276 (1997)
• [文献書誌] T.Kobayashi: "Feasibility of the LES for Engineering Problems" PP.Int.J.Num.Meth.Heat & Fluid Flow. 7-2/3. 236-249 (1997)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi: "Application of Particle Tracking Velocimetry to Measurement of Minute Flow Rate" Proceeding of the Second International Workshop on PIV'97-Fukui. 145-151 (1997)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi: "Whole Field Velocity Measurement in an Air Flow Behaind an Axial Flow Fan by Using Paticle Tracking Velocimetry" JSME Centennial Grand Congress Proceeding of International Conference on Fluid Engineering. 823-826 (1997)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi: "Visualization of 3-D Structures in a Plane Impinging Jet Using Large Eddy Simulation" Fifth Triennial International Symposium on Fluid Control.Measurement and Visualozation,Flucome'97. 875-880 (1997)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi: "Research on the Vortical and Turbulent Structures of Lobed Jet Mixing Flows" Fifth Triennial International Symposium on Fluid Control,Measurement and Visualozation,Flucome'97. 995-1000 (1997)
• [文献書誌] N.Taniguchi: "FDM Formulas of Dynamic SGS Model and Their Examinations in the Turbulent Channel Flow" Advances in DNS/LES (proc.1st AFOSR International Conference). 441-448 (1997)
• [文献書誌] N.Taniguchi: "Affects of Up wind Schemes and Grid Dependency on Large Eddy Simulation of Turbulent Flows Around Bluff Bodies : N.Tniguchi・T.Ko.Proc.ISCFD-7.Annex" Proc.ISCFD-7. (1997)
• [文献書誌] 大島まり: "ラージ・エディ・シュミレーションの有限要素解析における運動量保存性の評価" 日本機械学会論文集(B編). 63巻・610号. 1955-1960 (1997)
• [文献書誌] M.Oshima: "Developent of Filtering Operation for Dynamic SGS Model Using Fnite Element Method" Direct and Large Eddy Simulation 2 (Proc.ERCOFTAC Workshop). 57-68 (1997)
• [文献書誌] M.Oshima: "Investigation of Dynamic SGS Model Using a Finite Element Method" JSME International Conference on Fluid Engineering. 1277-1282 (1997)
• [文献書誌] M.Oshima: "Finite Element LES of a Turbulent Channel Flow with the Dynamic SGS Model" Advances in DNS/LES (proc.1st AFOSR International Conference). 317-324 (1997)
• [文献書誌] 高木 周: "気泡-壁面間の相互作用に関する数値解析" 日本機械学会第74期通常総会講演論文集(I). 132-133 (1997)
• [文献書誌] Shu Takagi: "The Behavior of a Deformable Bubble in Oscillatory Body Force Field" ISAC'97 High Performance Computing on Multiphase Flows. 13-18 (1997)
• [文献書誌] 高木 周: "気泡流動の直接数値シュミレーション" 日本機械学会研究分科会RC140研究報告書. 79-88 (1997)
• [文献書誌] Shu Takagi: "Numerical Study on the Forces Acting on a Bubble and Particle" Proc.of 3rd Int.Conf.on Multiphase Flows. (発表予定). (1998)
• [文献書誌] 佐賀徹雄: "三次元粒子画像流速測定法(3DPIV)" 可視化情報. Vol.17 No.67. 239-244 (1997)
• [文献書誌] Tetsuo Saga: "A Study of Bubble Dynamics in Subcooled Flow Boiling Using Image processing Technique" Proceeding of the-4^<th> World Conference on Experimental Heat Transfer,Fluid Mechanics and Thermodvnamics. (1997)
• [文献書誌] Tetsuo Saga: "A Study on Motion Tracking of a Floating Vessel Using 3-D PTV" Proceeding of the Second International Workshop on PIV'97-Fukui. 63-68 (1997)