格子ボルツマン法を基とした気液界面と音の相互作用の直接計算手法の確立

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K03930
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分19010:流体工学関連
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 片岡 武 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (20273758)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 流体音 / 気液界面 / 数値計算法

研究成果の概要

計算負荷の小さい２次元モデルで，液相と気相は異なる２種類の粒子を用いることにより、液滴と音波の相互作用を計算するLBMモデルを開発した。気相と液相が大きく異なる点は，密度と圧縮性であるが，分子間力に相当する力を組込み液体の圧縮性を模擬した。これらの要素を組み込んだモデルで，液滴が液面に衝突する際のシミュレーションを実施し、液滴と液面との衝突面で発生した水中音が液滴内および液相内を伝播するとともに，空中にも伝播していく様子が捉えられ，同時に液に細かな気泡が取り込まれることにより，音の放射が２重極的になることも確認した。

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

気液界面から発する空中音ならびに水中音，あるいはこれらの音と気液界面との相互作用は，多くの解明すべき問題が残っており，その詳細を調べる方法として，数値シミュレーションが有力である。
本研究の学術的意義は，格子ボルツマン法を導入することにより，これらの要素をひとつのモデルの中に組み込み，これらの要素を同時に直接シミュレーションできる手法を開発した点にある。気液界面の様々な要素が複雑に絡みあった気液界面と音波との相互干渉現象を解明する上において強力な解析手段が与えられたことになる。