2021 年度研究成果報告書

整合性を有する離散化に基づく潤滑解法の粒子混相流への展開

研究課題

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研究課題/領域番号	17H03174
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
研究分野	流体工学
研究機関	大阪大学
研究代表者	竹内伸太郎大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50372628)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード	潤滑 / 粒子を含む流れ / 離散化
研究成果の概要	粒子を分散的に含む流れの中で発生する輸送現象の解析を目指し，粒子間の狭い領域（狭隘流路）で発生する潤滑流れを数値的に解く手法（潤滑解法）を提案した。その際、粒子・流体界面をシャープに解像するには整合性のとれた直接離散化という差分法の概念が本質的であることを示し、狭隘流路の流れ解析における有効性を示した。さらに、透過性を有する膜を表面にもつような粒子群（例：生体細胞）を想定し、提案した数値解法を膜透過流れの問題へ発展させた。非圧縮流体の速度場と圧力場の連成に由来する圧力ポアソン方程式において、界面表裏における圧力の不連続性を考慮したユニークな形式を構築した。
自由記述の分野	数値流体力学
研究成果の学術的意義や社会的意義	従来、多数の粒子を含む流れでは粒子間の狭隘流路における流れを解く際は、解像度の低下が問題であった。提案した手法により狭隘流路の流れを正確に解くために必要な条件が明らかになり、それを数値解析コードに実装するユニークな方法を示した。また、狭隘流路において、壁面圧力から壁垂直方向の圧力分布を構成する数理モデルを提案した。これは従来の潤滑流れ解法の解像度を補う手法と位置付けられる。さらに、提案した数値解法を膜透過流れの解法へ発展させる過程をとおして、より一般に膜表裏における物理量の不連続性を考慮する方法が明らかになりつつあり、将来的に流れ中の輸送現象の理解に貢献する方法論への展開が期待される。