LESモデルによる混相流数値解析法の開発と評価

1998 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 東京大学, 工学部, 講師 (30272371) ; 大島 、まり 東京大学, 生産技術研究所, 講師 (40242127) ; 佐賀 徹雄 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (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シミュレーションにより行い、層流状態から乱流となる比較的高レイノルズ数範囲を対象として基本的条件での詳細な検証を行い、様々な分散系混相流動に適用しうる一般的な知見をまとめた。本年度実施された研究成果は以下のとおりである。
1) 昨年度までの気泡干渉の直接数値シミュレーション結果などに基づき、気泡運動の詳細モデリングとLES空間平均における分散相への寄与を考慮した気泡乱流LESモデルを構築し、チャンネル乱流において統計量の適切な予測を得るとともに、気泡径や重力の違いが乱流渦気泡輸送や浮力効果にあたえる影響を解析した。
2) ラグランジュ粒子解析モデルに基づく固気相間の相互干渉を考慮した乱流LESモデリングを構築し、チャンネル流の基本的流れ場において実験およびDNSデータと比較評価した結果、サブグリッドスケールにおける散逸は適切にモデル化されているが、グリッドスケール散逸機構については従来の粒子モデルでは再現されないこと検証した。
3) 乱流LESにおける分散粒子の運動モデリング構築のデータを得るために必要な媒質流動の瞬時空間分布計測法を画像流速法をもとに構築し、噴流、容器流れの非定常現象の計測データを与えた。
4) 上記研究結果から分散粒子混相乱流のLESモデリングを評価し、粒子、流体各相におけるラグランジュ-オイラー解析法の有効性を確認するとともに、乱流現象と粒子分布生成の時間スケール、空間スケールの比が粒子ー流体カップリングモデルとその解析法の最適化において考慮されるべきことを示した。

研究成果

• [文献書誌] T.Kobayashi: "Time Response Characteristics of Microcapsulated Liquid-Crystal Particles" Journal of Heat transfer-Japanese Research. Vol.27 No.5. 390-398 (1998)
• [文献書誌] 木枝 香織: "円柱まわりの流れの三次元数値シミュレーション(第2報.三次元流れの可視化" 日本機械学会論文集(B編). 64巻 622号. 1715-1731 (1998)
• [文献書誌] 小林 敏雄: "差分法の最前線″乱流″" 日本計算工学会. Vol.3 No.3. 151-157 (1998)
• [文献書誌] T.Kobayashi: "Large Eddy Simulation for Turbulent Wake of Bluff Body :" JSAE Spring Comvention Proceedings 984. 141-144 (1998)
• [文献書誌] H.Hu: "Research on the Mixing Enhancement Performance of Lobed Nozzles by Using PIV and LIF" Proc.of FEDSM'98 ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting. 1-8 (1998)
• [文献書誌] H.Hu: "Investigation on the Tabbed Jet Mixing Flows by Using LIF and PIV" 8th International Symposium on Flow Visualization. Sorent, pp.4. 01-4.11 1998.9. 4.01-4.11 (1998)
• [文献書誌] M.Tsubokura: "Visualization of 3-D Structures at a Stagnation Region of a Plane Impinging Jet Using Large Eddy Simulation" 8th International Symposium on Flow Visualization. 291-1-291-5 (1998)
• [文献書誌] T.Kobayashi: "Feasibility of Large Eddy Simulation for Turbulent Wake of Bluff Body" Work Shop CFD in Automobile Engineering. 1-10 (1998)
• [文献書誌] H.Zhang: "Research on the Charge Flow in Engine Cylinder with Particle Image Velocimetry :" Proc.of 4th KSME-JSME Fluids Eng.Conference. 349-352 (1998)
• [文献書誌] N.Taniguchi: "Large Eddy Simulation of Turbulent Separated Flows" China-Japan Workshop on Turbulent Flows. 1-12 (1998)
• [文献書誌] H.Hu: "Mixing Process in The Jet Flows of Lobed Nozzles" Int.Conf.on Optical Technology and Image Processing in Fluid, Terminal and Combustion Flow. 266-267 (1998)
• [文献書誌] 伊藤 裕一: "振動翼まわりの流れ解析と可視化" 創立25周年記念第41回ターボ機械協会(札幌)講演会. 30-35 (1998)
• [文献書誌] 小垣 哲也: "修正コロケート格子系差分スキームの一般座標系への拡張" 日本機械学会第76期全国大会講演論文集. Vol.II. 13-14 (1998)
• [文献書誌] 雷康斌: "ダイナミックLESによる固気混相乱流の解析:" 第12回数値流体力学シンポジウム. 167-168 (1998)
• [文献書誌] 高木 周: "″加速度運動する流体塊中における変形気泡の挙動" 日本機械学会論文集. 64-624B. 2483-2490 (1998)
• [文献書誌] T.Takagi: "Numerical Study on the Forces acting on a Bubble and Particle" 3rd International Conference on Multiphase Flows, '98Lvon. (1998)
• [文献書誌] S.Takagi: "Numerical Simulations of Multiphase Flows" Computational Fluid Dynamics Review 1998. Vol.2. 994-1010 (1998)
• [文献書誌] 高木 周: "自由境界流れの数値計算手法と混相流へのその適用" 第76期日本機械学会全国大会講演論文集. 98-3. 53-55 (1998)
• [文献書誌] S.Takagi: "Numerical Investigations of the Lift Force Acting on a Bubble and Particle" Proc.FEDSM'99, 3rd ASME/JSME Joint Fluids Engineering. Conf.(to appear). (1999)
• [文献書誌] S.Takagi: "Numerical Analysis of a Rising Bubble in a Contaminated Liquid" Proc.FEDSM'99, 3rd ASME/JSME Joint Fluids Engineering. Conf.(to appear). (1999)