| 研究概要 |
本研究では、Moving Particle Semi-implicit (MPS)法と連続体モデルの連成による不均一系気-液流解析モデルの構築を目指す。本年度では以下の問題の解決について取り組んだ。
1, MPS法で計算した充填物や液体の空間情報を基に、連続体モデルで使用する三次元的な境界条件の設定を可能にするプログラムの作成を行う。
2, ガス流れが液流れに加える外力のモデル化を行い、解析モデルに導入する。
3, 解析精度の検証のため、単純な系での実験との比較を行い、気-液流の定性的な表現が可能なモデルの構築を目指す。
まず本年度の第一目標である、MPS法で計算した充填物、液体の情報から、気相の計算を行う連続体モデル(Computational Fluid Dynamics, CFD)で利用可能な三次元的な境界条件の導入を行った。計算モデルでは、液及び充填物の存在量から液の体積分率αを求め、以下の式(1)を用いて気液界面での流速を求めた。
μ=αμ_<iquid>+(1-α)μ_<gas>(1)
ここで、μ, μ_<gas>, μ_<iquid>はそれぞれ、カップリング速度、ガス速度、液速度である。本計算モデルの導入により、液の滴下に合わせて、気体の運動の変化が発生することが確認できた。
計算モデルでは、MPS法で計算した液の挙動がガス流れに与える影響については、表現できているがガス流れから液体に与える影響について考慮していない。このため式(2)を用いて、液体周辺のガス流速から、抗力Fを発生させることで気体から液体への影響を再現することを試みた。
F=6πηγμ(2)
ここでηはガスの粘度、γはMPS法で用いる液粒子半径である。この手法では液体の形状が球に近い場合については、再現することができたが、充填層内で起きる液の変形については適用することができなかった。このため、研究目標の2,3については、他の計算手法の適用などにより改良を行う必要性があるため、今後も引き続き検証を行う予定である。
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