研究課題
液体金属の乱流の予測と同時に、過冷却凝固で凝固組織構造を形成する現象をフェーズフィールド法で再現する直接数値シミュレーションを実行した。定量的フェーズフィールド法の手法に限らず、安定に数値シミュレーションを実行できる数値解析法を利用して、非定常３次元現象を高解像度な計算格子で高精度に予測できることを確かめた。さらに、複数の条件で大規模数値シミュレーションを実行して、流れ場と凝固組織構造に関するデータベースを構築した。その結果として、乱流のような流体の複雑流動に起因して、凝固材料の欠陥および残留応力の予測と制御を実現するために、特定の条件によらない普遍的なメカニズムを解明することに取り組んだ。さらにその後、乱流変調を予測するためのラージエディーシミュレーション解析法の開発に取り組んだ。そして、固液界面付近の非ニュートン流体の特性を考慮した乱流モデルと凝固組織構造による粗面効果を考慮した乱流モデルの開発につなげた。このように、本研究プロジェクトの成果の応用範囲を拡大することを目指して、既存の数値解析法の大規模な改良を試みた。前年度に引き続き、本研究プロジェクトの解析対象と対比させて物理現象を詳細に調査するために、乱流に関わる固液界面の一様溶融現象の特徴を調べるための直接数値シミュレーションも実行した。溶融現象における乱流エネルギーの増加と流れ場の条件との関係を、研究協力者が提供する実験データを対応付けて、メカニズムの解明に取り組んだ。その結果として、複雑流動現象のメカニズムに基づいて、将来の乱流モデルの開発に向けた知見が得られた。
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Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics
巻: 309 ページ: 104924～104924
10.1016/j.jnnfm.2022.104924
