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研究代表者は、最近火砕流のような「大規模・高粒子濃度」混相乱流場へも適用可能な新しい混相乱流モデル(GAL-LES model)を開発・応用している。このGAL-LESモデルを火砕流へ適用し得る数値モデルヘ発展させ、その数値解析に基づいて火砕流内部の流動構造を解明することを目的として研究を遂行・発展させている。今年度においては、まず、GALモデルの移流拡散計算に対する適用性について検討を行い、GALモデルが高精度で高安定性を有する数値モデルであることを示すとともに、移動境界追跡シミュレーションモデルとしても有効であることが検証された。さらに、このGAL-LESモデルを基本的な二相乱流場である気泡プルームに適用したところ、GAL-LESモデルは既存の実験で観察されているような気泡分布の空間変化パターンや気泡混入量の違いに伴う乱流構造の変化を良好に再現することに成功したことから、GAL-LESモデルの有効性や応用性が検証された。
また、混相乱流現象の素過程を理解するために、低濃度混相乱流場の一つである固液二相噴流場を、高濃度混相乱流場の一例として高濃度流動層に関して、それぞれ室内実験を実施し、乱流構造特性について検討した。火砕流の内部構造は、低濃度の上層と高濃度の下層から構成されていることから、これらの実験結果から得られる知見は火砕流内部の乱流構造の基礎的な要素として準用可能である。高濃度混相流場に関しては、従来まで全く行われていない非定常流作用下において実験を行い、ビデオ画像解析を通じて、流動層特有の乱流構造が時間的に変化する様子を捉えることに成功した。
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