| 研究課題/領域番号 |
19H02066
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
梶島 岳夫 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30185772)
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| 研究分担者 |
竹内 伸太郎 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50372628)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 流体工学 / 混相流 / 乱流 / 粒子 / 数値シミュレーション |
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| 研究実績の概要 |
混相流と乱流の物理モデルの統合を目標として、混相および乱れに対して明示的に定義された共通の空間フィルターで粗視化する統合平均方程式を構築する。これまでに実施されている混相乱流のラージ エディ シミュレーション（LES）では、乱流と混相に対してそれぞれの従来型モデルが流用・結合されるのが現状であり、混相乱流としての統一的な扱いは完成されていない。そこで、検査体積と各相体積率の変化を考慮した統合平均の方法を提案するための研究を開始した。
2019年度は、分散性混相乱流のLESの統合平均方程式を導くベースとして、単相乱流のLESに対して計算格子幅が著しく変化する場合の乱流エネルギー輸送方程式モデルの改良を行った。具体的には、直接計算する大規模変動と物理モデルを与える小規模変動の割合が計算格子によって変化することを考慮したモデルを導出し、その有効性を検討した。
並行して、大規模直接数値計算（DNS）によるデータベースの作成を行い、2019年度には単相乱流に対してはおおむね完了し、2020年度以降は混相、さらに伝熱を考慮すべく拡張する。データベース化の意義は、新たに提案する混相乱流のモデルに対して、モデルの基本的な考え方の妥当性を検証するための比較データとなるとともに、混相乱流に特有の非相似輸送現象の機構解明とパラメータースタディに供することができる点にある。これをもとに本研究では、例えば各相の熱伝導性の差により運動量輸送と熱輸送の非相似性を再現し、新たな伝熱機構を発現させる機器開発に供することができる解析手法を提示することを最終的な目標とする。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
単相乱流については、ラージ エディ シミュレーション（LES）の乱流エネルギー輸送方程式モデルの改良により、空間フィルター幅の著しい変化に対応できる見通しを得た。ただし、３年目以降の課題である混相乱流における各相の空間体積率の変化への対応に展開できる形式には至っていないので、単相においてもなお検討の余地を残している。
検証用データベースの構築については、2019年度内に購入したワークステーションにより、単相については着々と大規模化を進めているが、混相に対するコーディングは精度検証の段階である。
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| 今後の研究の推進方策 |
分散性混相乱流のラージ エディ シミュレーション（LES）の基盤として、混相と乱流に対して共通の空間フィルターを施して粗視化し、統合平均方程式を導く研究を当初の計画通り進める。今後は、2019年度に実施した単相乱流のLESにおける空間フィルター形式の検討結果をもとに混相への展開を開始する。格子幅と同等の径をもつ粒子に対する局所体積平均法、格子幅の数倍以上の径をもつ粒子に対する埋め込み境界法など、すでに研究代表者・分担者らが考案した方法を拡張し、両者を乱流のLESに用いられる空間フィルター形式で統一できるように再構築する。単相とともに二相乱流の大規模直接数値計算（DNS）によるデータベースを蓄積し、統合平均に適したフィルター幅や搭載すべき乱流モデルおよび混相流モデルとして適した数理モデルを選定・評価できる環境整備を引き続き行う。最終的に、本研究で発展させる手法の有用性を示すため、運動量と熱の非相似乱流輸送機構の素過程を解析する。
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