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2018 年度 実績報告書

高濃度分散二相乱流における輸送現象の数理モデル

研究課題

研究課題/領域番号 26289037
研究機関大阪大学

研究代表者

梶島 岳夫  大阪大学, 工学研究科, 教授 (30185772)

研究分担者 竹内 伸太郎  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50372628)
大森 健史  大阪大学, 工学研究科, 助教 (70467546)
岡林 希依  大阪大学, 工学研究科, 助教 (40774162)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2019-03-31
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 / 二相伝熱
研究実績の概要

本研究課題は平成29年度で終了の予定であったが、研究成果に関する基調講演を行う予定であった日欧二相流専門家会議の開催が平成30年4月となったため、成果発表旅費と学会参加費を平成30年度に繰り越して使用した。したがって、5月以降、科研費を使用した研究は実施していない。しかし、当初の期間中に未達であった一部の項目を継続検討するとともに、上述の専門家会議での議論を踏まえた発展もあったので、その概要を以下に報告する。
高濃度分散二相流に対する工学的に実用性の高い数値シミュレーション手法を確立するため、単相流体や低濃度分散二相流に対する従来の乱流モデルとは異なる概念の粒子輸送モデルに取りまとめることを想定し、粒子の並進と回転による運動量と熱の直接輸送を分析してモデル化することを試みた。そこで、大規模直接数値シミュレーション(DNS)により、特にミクロな相互作用がマクロな熱流動に及ぼす影響について系統的に調べた。ミクロな素過程としては粒子間の狭隘な流路における潤滑流れの問題を重点的に扱い、レイノルズの潤滑方程式を拡張し、粒子混相流に適用性の高い手法を構築した。これを用いたDNSの結果として、流体とは異なる熱伝導率をもつ固体粒子を高濃度で添加すると、単相の場合には見られない振動モード、対流の反転や逆温度勾配などの特徴的な熱流動場が見いだされた。研究期間内に開発した熱流束線による輸送現象の解析手法を発展させ、これを伝導と対流に分離して自然対流熱伝達のパターン変化の解明を行った。これまでに見出した分散二相系の流動および伝熱を網羅的に記述しうる粒子乱流モデルを構築するには、大スケールのフィルターにより粗視化して分析する必要があり、今後の課題として残っている。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Vortical flow patterns by the cooperative effect of convective and conductive heat transfers in particle-dispersed natural convection2019

    • 著者名/発表者名
      Gu Jingchen、Takeuchi Shintaro、Fukada Toshiaki、Kajishima Takeo
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      巻: 130 ページ: 946~959

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.10.138

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of fluid forces on a spherical particle for two-way coupling simulation based on the volume averaging2019

    • 著者名/発表者名
      Fukada Toshiaki、Takeuchi Shintaro、Kajishima Takeo
    • 雑誌名

      International Journal of Multiphase Flow

      巻: 113 ページ: 165~178

    • DOI

      10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.01.009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 有限サイズの粒子を含む混相流中の渦構造と熱輸送の特徴2019

    • 著者名/発表者名
      谷京晨, 竹内伸太郎, 梶島岳夫
    • 雑誌名

      伝熱

      巻: 58 ページ: 16~21

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Interaction problem between fluid and membrane by a consistent direct discretisation approach2018

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Shintaro、Fukuoka Hiroki、Gu Jingchen、Kajishima Takeo
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics

      巻: 371 ページ: 1018~1042

    • DOI

      10.1016/j.jcp.2018.05.033

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 粒子分散混相流の自然対流に特有の反転現象の解析2018

    • 著者名/発表者名
      宮森由布里, 竹内伸太郎, 谷京晨, 梶島岳夫
    • 雑誌名

      ながれ

      巻: 37 ページ: 119~122

    • オープンアクセス
  • [学会発表] Size-resolving simulation for colliding inertial particles in homogeneous isotropic turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Onishi, Shintaro Takeuchi, Toshiaki Fukada, Keigo Matsuda, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      9th International Symposium Turbulence, Heat and Mass Transfer
  • [学会発表] Characteristic patterns in natural convection of solid-liquid two-phase media2018

    • 著者名/発表者名
      Takeo Kajishima, Shintaro Takeuchi, Jingchen Gu, Yuri Miyamori
    • 学会等名
      8th European-Japanese Two-Phase Flow Group Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Immersed boundary methods for numerical simulation of complex flow fields2018

    • 著者名/発表者名
      Takeo Kajishima, Shintaro Takeuchi
    • 学会等名
      Taiwan Society for Industrial and Applied Mathematics
    • 招待講演
  • [学会発表] Immersed boundary methods for particle-laden flows and fluid-structure interactions with heat and mass transfer2018

    • 著者名/発表者名
      Takeo Kajishima, Shintaro Takeuchi
    • 学会等名
      World Forum and Leading Show for the Process Industries
    • 招待講演
  • [学会発表] Coupled effects of convection and conduction on heat transfer in solid-liquid two-phase media densely laden with finite-sized particles2018

    • 著者名/発表者名
      Jingchen Gu, Shintaro Takeuchi, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      16th International Heat Transfer Conference
  • [学会発表] Vortical structures in natural convection of particle-dispersed two-phase flow2018

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Takeuchi, Jingchen Gu, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      12th Asian Computational Fluid Dynamics Conference
    • 招待講演
  • [学会発表] Effect of flow disturbance around a particle for fluid force estimation in two-way coupling simulation2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Fukada, Shintaro Takeuchi, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      71st Annual Meeting of the American Physical Society Division of Fluid Dynamics
  • [学会発表] An extended lubrication model for fluid flow in narrow gaps2018

    • 著者名/発表者名
      Jingchen Gu, Shintaro Takeuchi, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      71st Annual Meeting of the American Physical Society Division of Fluid Dynamics
  • [学会発表] Get Immersed2018

    • 著者名/発表者名
      梶島岳夫
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2018
    • 招待講演
  • [学会発表] 粒子周り流れの擾乱効果を考慮した流体力の評価手法2018

    • 著者名/発表者名
      深田利昭, 竹内伸太郎, 梶島岳夫
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2018
  • [学会発表] 二次曲面によるMOF法の提案:単一セル情報に基づく界面再構成および界面曲率計算2018

    • 著者名/発表者名
      立田康介・大森健史・藤井健博・梶島岳夫
    • 学会等名
      第32回数値流体力学シンポジウム
  • [学会発表] 埋め込み境界射影法による動的濡れ現象の定式化2018

    • 著者名/発表者名
      藤井健博・大森健史・梶島岳夫
    • 学会等名
      第32回数値流体力学シンポジウム

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公開日: 2019-12-27  

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