| 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。
2021年度の研究成果は以下のとおりである：（１）大規模直接数値計算（DNS）によるデータベースを構築するため、2019年度に作った単相乱流計算コードに対して、2020年度には固体粒子モデル、さらに2021年度には伝熱モデルを組み込むことにより、高濃度固液二相乱流伝熱の計算プログラムを完成させた。2021年度には、温度差のある鉛直平行平板間の単相および固液二相の乱流について、長時間の時間進行を実行し、DNSデータベースの構築を進めた；（２）高濃度の固液二相流を扱うためには固体粒子間の狭隘流路におけるスクイズ流れの影響が大きくなるので、潤滑が支配的な流れ場まで適用できるよう、2020年度に引き続き、独自の拡張潤滑モデルを組み込んで埋め込み境界法を発展させた；（３）混相乱流の統一的な平均化方程式の構築に向けては、粒子の表面応力の非等方性を考慮した粒子-流体の相互作用モデルを導き、2020年度に引き続き、有効性を確認するための条件設定を広げて計算例を蓄積した。
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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
研究期間の前半3年間において、単相乱流、固液二相乱流、さらに固液二相乱流伝熱に関するDNSデータベースを構築する計画であった。そのためのプログラム作成は完了し、温度差のある鉛直平行平板間の単相および固液二相の乱流について大規模計算を実行した。ただ、固液二相伝熱に関して、固体粒子の径、固体体積率および固液の熱伝導率比の幅広いパラメーターに対する系統的なデータの蓄積は2022年度以降に持ち越した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度以降は研究計画の後半として、固気液二相乱流伝熱に対し、これまでに開発したDNSプログラムを用いたデータベースを固体粒子の径、固体体積率および固液の熱伝導率比の幅広いパラメーターに対して構築する。それに基づいて、本研究で提唱する統合平均方程式および二相乱流モデルの有効性や適応範囲を調べる。さらに、パラメーター探索により、乱流条件下における運動量と熱の非平衡輸送を発現させ、そのメカニズムを明らかにするとともに、これを統合平均方程式によって再現できるかどうかを検証する。
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