| 研究課題/領域番号 |
21J21679
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
真部 魁人 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| キーワード | 圧縮性 / 気液二相流 / VOF法 / 水膜 / 数値解析 |
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| 研究実績の概要 |
前年度までに，気液界面を追跡するVOF法を基礎として圧縮性ナビエ・ストークス方程式を二相流問題に拡張し，二相流圧縮性スキームを構築したが，数値拡散の影響で時間積分に伴い気液界面が鈍化してしまう点が課題であった．本年度はまず，昨年度構築した二相流圧縮性スキームに対し，数値拡散を抑制し気液界面幅を一定に保つ手法を導入することにより，同解析手法の強化を図った．具体的には，各相の体積率が階段状の分布をしているという仮定をもとに気液界面の再構築を行うρ-THINC法や，気液界面に対して疑似的な圧縮性を作用させることでシャープな気液界面を維持することのできる界面圧縮法を実装し，気液界面追跡の精度や計算の安定性に対して調査を行った．いずれの手法でも気液界面における数値拡散を抑制し，気液界面を一定の解像度に保持することが示されたが，ρ-THINC法では問題によらず比較的安定して解析を行うことが可能であった．一方，前年度までに開発した二相流圧縮性コードの三次元化にも取り組んだ．なお，蒸気タービンにおいて作動媒体は水蒸気を用いていることから，密度比が1000倍にも及ぶ二相流問題に適用した．基礎的な二相流問題であるDam-Break Problemをはじめ，Shockwave-Droplet Interactionのような超音速条件下における衝撃波を含む流れ場に対しても安定して計算が可能であることが確認された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
界面圧縮法の実装が難航したことに加え，同手法を高速気流中の水膜解析に適用した場合，計算が非常に不安定であり，想定していた成果が得られなかった．また，前年度までに開発していた二相流圧縮性スキームに基づく二次元コードの三次元化は完了したものの，計算リソースの問題から計算の開始が遅れ，基礎的な検証問題に適用した三次元計算結果に対し，十分に精査できていないのが現状である．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度に開発した，圧縮性二相流解析手法に基づく三次元コードによる検証問題の結果を精査したうえで，構築した解析手法の妥当性について調査を行う．そのうえで当該課題の最終目的であるタービン最終段における水脈・水膜に関する流動現象の解明に向けた基礎検討として，水平長方形管内を高速気流に伴われて流動する薄い液膜流に対し，非定常三次元解析を行う．前年度に行った二次元コードによる数値解析結果や実験結果と比較することによって，本研究の提案する手法の高速流体中の水膜流への適用可能性について検証する．
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