格子ボルツマン法を用いた固液混相流の数値解析法の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650172
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 稲室 隆ニ 京都大学, 工学研究科, 助教授 (20263113)
• 研究分担者: 河合 一穂 京都大学, 工学研究科, 助手 (00231267)
• キーワード: 格子ボルツマン法 / 固液混相流 / 数値解析法 / ピンチ効果 / フォーレウス効果

研究概要

本研究では、大きな固体粒子が混在した固液混相流の流動特性および熱・物質移動特性を明らかにすることを目的とした。まず、格子ボルツマン法を用いて固液混相流の流動および熱・物質移動解析に適用できる新しい数値解析法を開発した。次に、それを用いて管内の固液混相流の数値シミュレーションを行い、これまでに得られている実験結果と合わせて考察した。
本研究で得られた成果は下記の通りである。
1.多くの固体粒子が混在した固液混相流を解析する格子ボルツマン法を開発した。
2.平行平板間の固液混相流の数値シミュレーションを行い、既存の実験結果と比較し妥当な結果が得られた。
3.管内を流れる球状粒子を含んだ固液混相流を解析し、既存の実験結果と比較し手法の妥当性を検証した。
4.上記解析において、粒子と管径との比、粒子の体積分率、および流速を変化させて行い、流動機構と各パラメータとの関係を明らかにした。
5.2成分系の格子ボルツマン法を固液混相流解析に適用できるように拡張した。
6.2成分流体中に球状粒子を含んだ固液混相流シミュレーションを行い、粒子-流体間および壁-流体間の物質移動係数を含め、既存の実験結果と比較し手法の妥当性を検証した。
7.パラメータ(粒子と管径との比、粒子の体積分率、および流速)を変化させた解析を行い、熱・物質移動機構と各パラメータとの関係を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T.Inamuro: "Numerical analysis of unsteady flows in a porous structure by lattice Boltzmann method"Proc. 4th KAME-JSME Fluids Eng. Conf., Pusan, Korea. 245-248 (1998)
• [文献書誌] T.Inamuro: "Lattice Boltzmann simulation of flows in a three-dimensional porous structure"Int. J. Numer. Meth. Fluids. 29. 737-748 (1999)
• [文献書誌] T.Inamuro: "Lattice Boltzmann simulation of flow and mass transfer in a three-dimensional porous structure"Proc. 3th KAME/JSME Fluids Eng. Conf., San Fransisco, USA. 6977 (1999)
• [文献書誌] 稲室隆二: "3次元多孔質内における非定常流れの数値解析"化学工学論文集. 25-6. 979-986 (1999)
• [文献書誌] T.Inamuro: "Flow between parellel walls containing the lines of neutrally buoyant circular cylinders"Int. J. Multiphase Flow. 26-5(未定). (2000)
• [文献書誌] T.Inamuro: "A Galilean invariant model of the lattice Boltzmann method for multiphase fluid flow using free-energy approach"Comput. Phys. Commun.. (未定). (2000)