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本研究では、気流の流れ場の計算に空隙率を考慮したNavier-Stokes式と連続の式を用い、粒子の計算には連続体的、かつLagrangian的計算方法であるSPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法を用いて、気流と粒子の相互作用項によって両者を連成し、気泡流動層の数値シミュレーションを行った。また、計算とほぼ同一条件で実験を実施し、可視化結果や運動特性値の測定結果について比較、検討を行った。計算結果と実験結果を可視化比較したところ、計算結果は実際の流動層で生成する気泡の発生、上昇、破裂の状態をよく表現しており、気泡の発生周期もほぼ一致していることが確認できた。SPH法を用いることによって、これまでの連続体モデルでは表現が難しかった小気泡の運動の状態や粉体の離散性を現実的に表現できることが分かった。平均速度、変動強度は計算と実験で同様の分布傾向を示しており、おおよそ一致していた。気泡の上昇により流動層の中で粉体が循環する流れを形成していることが確認された。流動層で生じる現象や運動特性値をより実際に近づけるためには、より正確な構成関係、状態方程式を導出して用いる必要があると考えられる。本計算は現実の気泡流動層で観察される特徴的な現象をよく表現しており、現時点ではまだ粒子相の応力を表す構成関係に改良の余地があるが、今回の結果でSPH法が微小粒子からなる気泡流動層の数値シミュレーションに有力な計算手法であることが示された。本研究より、粒子数に制限のない連続体モデルで流動層のより正確な数値シミュレーションを行うことが期待できる。
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