2002 Fiscal Year Annual Research Report
空間発展型全体安定性解析による自由乱流の高次不安定現象の解明と制御に関する研究
Project/Area Number |
02J04539
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
竹内 伸太郎 大阪大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(PD)
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Keywords | 円形噴流 / 固液二相流 / 安定性 / 噴流相 / 三次元円柱座標系 / 数値解析 / モデリング |
Research Abstract |
本研究では,円筒形容器底面の円孔より噴出する流体と,容器中の粒子との相互作用の解析に取り組んできた.本研究で取り扱う現象は,粒子のサイズと粒子充填量によっては噴流層とも呼ばれ,化学工業プラントや生物資源エネルギー(Biomass)および製薬の分野においてよく利用される重要性の高いデバイスである.数多くの用途に対して多数の実験結果が報告されているが,数値計算によるモデリングにおいては大きく遅れを取ってきた.その主な原因として挙げられるのは,時間スケールの大きく事なる2つの粒子流動現象が円筒の中心軸付近とその周囲を取り巻き,それらの安定性が極めて狭いパラメータ範囲でのみ実現されるためである.したがって本研究では,合理的な時間進行法による安定した数値解析法の提案,および現象の再現と安定化問題に取り組んだ.計算領域には円筒が用いられ,三次元円柱座標系の基礎方程式(Navier-Stokes方程式)に基づいて解析された.円柱座標に則した解析は,円筒流れは工業的には頻繁に利用されるが中心軸の特異性のために困難であり,重要性が高い.また従来,国内外の研究機関において,噴流相を円柱座標系において完全三次元で再現した例は見当たらず,モデリング分野において重要な貢献を果たすと期待できる. なお本研究では,固体の体積効果を伴う気相の運動方程式の数値解法において,差分解法に基づく独自の工夫を行ない,従来の固気二相流において主流であった有限体積法よりも空間・時間精度を向上させることに成功した. 研究代表者は数値計算の結果に基づき,(1)半径方向粒子速度の自己相似性と噴流相の安定性,(2)容器底部での気相の停留渦と粒子流の相互作用等について解析を行い,実験では計測できない物理量および解像度のデータに基づく詳細な解析結果を得た.引き続き現在は,粒子付加量が気相・固相の安定性におよぼす影響について解析を行なっている.
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Research Products
(5 results)
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[Publications] S.Takeuchi, X.S.Wang, M.J.Rhodes: "Discrete element simulation of a flat-bottomed spouted bed in the 3-D cylindrical coordinate system"Chemical Engineering Science. (掲載予定).
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[Publications] S.Takeuchi, X.S.Wang, M.J.Rhodes: "Discrete element simulation of a spouted bed on the cylindrical coordinate system"Proc. of the APCChE Congress and CHEMCA 2002(Christ Church, New Zealand, (Vancouver, Canada, 20-23/Oct, 2002). 598 (2002)
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[Publications] S.Takeuchi, X.S.Wang, M.J.Rhodes: "Discrete element method simulation of a 3-D spouted bed : predictions of particle motion"Proc. of the 31st Annual Australasian Chemical Engineering Conference CHEMECA 2003. 26 (2003)
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[Publications] S.Takeuchi, X.S.Wang, M.J.Rhodes: "3-D discrete element method simulation of a spouted bed : predictions of particle motion"Fluidization XI. (掲載予定).
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[Publications] S.Takeuchi, X.S.Wang, M.J.Rhodes: "Discrete element method simulation of a 3-D spouted bed : predictions of particle motion"Proc. of the 31st Annual Australasian Chemical Engineering Conference CHMECA. (掲載予定).