| 研究課題/領域番号 |
22K03910
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| 研究機関 | 関西大学 |
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研究代表者 |
山本 恭史 関西大学, システム理工学部, 教授 (90330175)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 流体工学 / 電気流体力学 / 境界要素法 / 積分公式 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では，界面を含む電気流体力学のための新しい数値解析手法を提案し，これまで経験的にしか扱われてこなかった現象について，モデルを用いない直接数値解析により，物理の解明を目的とする．具体的には，界面を含む混相流体の数値解析手法であるFront-tracking法と，電場解析に境界要素法を組み合わせることで，これまでにない高精度に界面近傍の電気力を表せる，数値解析手法を開発することである．
本研究で行うことの1つ目は，電場を境界要素法で扱うこと（Electric Boundary Element Method）と，混相流をFront-tracking法で扱うこと（Multiphase Front-tracking Method）を合体した，新しいシミュレーター（EBE-MFT simulator）の開発である．
初年度はこのオリジナルの電気流体力学シミュレーターの開発に注力した．境界要素法による解と発散定理による厚みの無い面での情報，それを流体計算に反映させる方法など，数学的・物理的に本質を表現し得る手法を検討し，コードを作成した．特に，境界要素法で必要な特異点を含む積分について，精度の悪い数値積分ではなく，発散定理などを利用して解析的に積分できる公式を導出し，高精度な計算を理論上可能にした．
混相流シミュレーターの改良のために，テイラー気泡のシミュレーションの検証，濡れモデルの検証，マランゴニ対流の検証，シャープな界面の取り扱いについて検証した．
開発したシミュレーターで電場中の液滴の挙動（理論解のあるシンプルな系）を計算し，液滴の形状変化の縦横比，内部循環流動などが再現できるかを検証した．残念ながら，理論と一致すべき点（液滴が真球形を保つ条件）が一致しておらず，数式とコードを再検証中である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
上記のとおり，積分公式を自分で導出を行ったが，条件により符号が変化するかしないかなど，非常に難解な幾何学を含むため，数学的な思考に時間を要している．
EBE-MFT simulatorの枠組みのほとんどは完成しているので，現時点で問題があると考えている部分が改善できれば，後は予定通り進むことが出来ると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
上述の積分公式の，数式とコードを見直し，理論と一致すべき点が一致するように改善する．
電場中の液滴の挙動について，さらに他者の実験や計算との比較を行い，本シミュレーターが電気流体力学現象の物理を再現できることを確認する．
その次は，エレクトロウェッティング現象を，モデルを用いない数値解析により再現するため，開発されたシミュレーターに，絶縁層と電極で構成される固体層の表現を追加する．エレクトロウェッティング現象のシミュレーションを行い，低電圧時のヤング・リップマン式の再現，高電圧時のヤング・リップマン式の破綻，それらのメカニズムについての考察を目指す．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
残高が少額のため初年度に無理に使用することはしなかった．２年目の予算と合わせて有効に（外付け記憶装置：見積額４万円強を検討中）使用する．
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