分割法による粘弾性流体の高ワイゼンベルグ数有限要素解析手法の実験的検証

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12750661
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 岩田 修一 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (00293738)
• キーワード: 粘弾性流体 / 分割型有限要素法 / ダイスウェル / Giesekusモデル / 高ワイゼンベルグ数

研究概要

今年度の研究は、ダイスウェル流動における自由表面形状の測定実験と数値解析結果との比較、並びに得られた知見を他系に応用することが目的である。はじめに、ダイスウェル流動に関しては、低濃度でも顕著な粘弾性挙動を示すポリアクリル酸ナトリウム水溶液等を用いて、本学機械科伊藤教授が管理するレオメータ(岩本製作所製)によりせん断粘度特性と法線応力差を測定した。測定結果とGiesekusモデルを用いた粘度計流れ解析結果との差を最小化するようにSimplex法でモデルパラメタを決定した。実験では2つの問題があった。まず、糸状の流体を測定するためわずかな室内気流でも影響が生じた。そこでアクリル製遮蔽板(購入)を設置した。また、ガラス製のノズル断面に液が付着する問題も生じた。液がノズル断面に付着すると、数値解析とはまったく異なった流れとなるため比較ができなくなる。そこで、防水スプレーを断面に塗布して対応した。ワイゼンベルグ数(We)=150で自由表面形状を測定した後、Weを固定しながら解析が容易な物性から出発し、徐々に実験で用いた物性に近付けた。現段階では、物性とかなり近い条件まで計算が可能となり、我々に重要な知見を与えている。すなわち、分割型有限要素法の収束改善技法のうち、単純代入法とSUPG法、付加粘性、補間整合性、ガウス点個数の統一という技法を組み合わせた結果が最も実測データに近いことがわかった。今後、実験条件と解析条件がより一層近づくように検討を続ける所存である。なお、この解析では細密メッシュを用いたため、非常にメモリーを消費した。そこで、従来よりも更に低メモリー型の解析手法を提案し、化学工学会に論文として報告した。
また、他系への応用に関しては、ワイゼンベルグ効果測定装置を作成し、同時に解析プログラムの開発を行っている。現段階では、低Weではあるものの解析に成功している。

研究成果

• [文献書誌] 岩田修一, 新垣勉, 森秀樹, 他: "分割型有限要素法による粘弾性流体のダイスウェル流動解析"成形加工. 10(10). 824-831 (1998)
• [文献書誌] 岩田修一, 新垣勉, 森秀樹, 他: "分割法による粘弾性流体ダイスウェル流動の高ワイゼンベルグ数領域における有限要素解析"成形加工. 12(2). 115-121 (2000)
• [文献書誌] 岩田修一, 新垣勉, 森秀樹, 他: "付加粘性の概念を用いた分割型有限要素法による粘弾性流動解析"成形加工. 12(8). 523-529 (2000)
• [文献書誌] 岩田修一, 新垣勉, 森秀樹, 他: "低メモリー型有限要素法による粘弾性流体流動解析"化学工学論文集. 28(1). 102-109 (2002)