| 研究課題/領域番号 |
26610119
|
|---|
| 研究機関 | 日本大学 |
|---|
研究代表者 |
小紫 誠子 日本大学, 理工学部, 准教授 (90318361)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
|
| キーワード | 超臨界流体 / 流体計算 / 熱対流 / 深海熱水噴出流 / 計算スキーム |
|---|
| 研究実績の概要 |
これまでに構築した，高圧一定の下での超臨界熱水噴出流れの数値計算スキームの高い信頼性を確保するため，スキームのより詳細な検証に取り組んだ．本研究の目的である高圧一定下の深海の超臨界熱水噴出流の現象は実験による再現が困難であり，深海探索における実測値も十分に得られているとは言えない．前年度の臨界点を超えた超臨界圧力下でのスキームの検証に続き，28年度はより丁寧な取り扱いが必要とされる臨界点付近の現象を再現すべく，臨界圧力一定下での二酸化炭素中に置かれた熱線から発生する熱対流の数値計算を実施した．
流体の温度や圧力が臨界点を超えた条件で数値解析を行った前年度の場合と比べて，臨界点付近での現象は僅かな温度変化によって他の物性値が大きく変化するため，数値的扱いも注意を要する．とくに，臨界点付近では温度変化によって密度も大きく変化するため，熱線からの熱対流においては界面張力が流れ場に影響を与えることが実験的に報告されており，本計算においても数値計算スキームに界面張力を簡易的に考慮することとした．現実の深海の超臨界熱水噴出時においては，局所レイノルズ数が高く乱れた流れとなっているため，臨界点付近の界面張力の影響は必ずしも大きくないと考えられるが，本モデルの検証のため，密度勾配に応じて働く簡便な界面張力モデルを採用し，計算を行っている．現在は，採用した界面張力モデルの検証と最適化を行い，実験結果とのすり合わせを進めている．
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
本計算で扱うような高圧一定下における超臨界流体現象については，流体力学的見地における実験的研究があまり多く行われておらず，計算スキームの検証が困難な問題のひとつである．計算スキームの検証のために前年度に計算を行った臨界点を超えた超臨界圧力下での流れでは，定性的には超臨界状態でない液相でも見られる流れ場に近いものであったため，スキームの信頼性を保証することにおいては不十分と考えられた．
そのため28年度においては超臨界流体の特徴的な流れが観察されることを期待し，臨界点付近での流れ場の計算を実施することとした．しかしながら，臨界点付近においては，とくに実験的解析が行われている超臨界二酸化炭素における熱線からの熱対流では界面張力の影響が無視できない要素であり，新たに界面張力を考慮するモデルを組み込む必要が発生したことで，スキームの検証がずれ込み，当初計画よりも研究が遅れる事態となっている．現在は，界面張力モデルを組み込み，実験結果と比較しながらモデルの最適化を進めているところである．
|
| 今後の研究の推進方策 |
臨界点付近における界面張力の影響という当初予想していなかった問題が発生したが，一方で，簡易的ではあるが界面張力モデルを考慮することで，現実の深海の超臨界熱水噴出流を扱う際，より現実に近い流れ場が再現できると期待される．
計算スキームの信頼性を確保したのち，超臨界流体においては温度変化によって密度や粘性，熱的物性など複数の物性値が大きく変化するため，流れ場の構造を理解するべく，物性値を人為的に固定する等，数値実験を行う．超臨界熱水噴出流の流れ場は極めて複雑で，また興味深い構造を持っており，数値実験を通してその流れ場をさらに詳細に解析し，未知の流れの構造を解明したい．
さらに，界面張力の影響が考慮され，より現実に近い流れ場を再現することで，熱水が運ぶ海底下の物質の移流拡散解析をより詳細に行う．
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
研究遂行上，計算の信頼性をより高めるべく，計算スキームの検証を継続して行う必要が発生している．この研究計画の変更により，本研究の本来の目的である深海の超臨界熱水噴出流の数値計算の遂行に若干の支障をきたしている．このため，予定していた本研究の成果の公表において遅れが生じており，これに係る予算を次年度繰り越しとした．
|
| 次年度使用額の使用計画 |
平成29年度は早々に計算スキームの検証を終える予定である．この検証によって，本研究の本来の目的である深海の熱水噴出流の数値計算の信頼性が高まり，流れ場の解析を目的とした数値実験を安定に進めることが可能となる．これにより，超臨界熱水の流れ場の本質に迫る新たな結果が得られることが期待される．これらの成果をまとめ，公表するべく，学会発表のための出張旅費，および，論文投稿料として前年度から繰り越した予算を使用する計画である．
|
