2014 Fiscal Year Annual Research Report
ＭＰＳ法と連続体モデルの連成による不均一系充填層内気－液流解析モデルの構築
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13J07763
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
昆 竜矢 東北大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 数値解析 / 製銑プロセス / 充填層液流れ / MPS-CFDカップリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、Moving Particle Semi-implicit (MPS)法と連続体モデルの連成による不均一系気-液流解析モデルの構築を目指す。ガス流れが液流れに加える外力のモデル化を行い、解析モデルに導入する。前年度ではMPS法で計算した充填物、液体の情報から、気相の計算を行う連続体モデル(SMAC法)で利用可能な三次元的な境界条件の導入を行った。この計算では、液及び充填物の存在量から空隙率を求め、気液界面での流速を求めた。
今年度においては、相互作用力について、複数のモデル化を行い、どの手法が最適なのか、検討を行った。本モデルにおける相互作用力は、液体が気体から受ける影響を表すためのものである。投影面積に応じて粒子ごとに外力を加えるモデル(modelA)と、外力を粘性によるせん断力と、圧力による力に分けて考えるモデル（modelB）の二種類の相互作用モデルを用いて解析を行うことで、精度検証を行った。精度検証の際に計算対象として、気流中の液滴落下挙動を対象とした。計算結果から得られた液滴の加速度と理論式との比較を行ったところ、両モデルともガス平均速度に応じて、液体がガスから受ける抗力の上昇が確認できた。また、modelBを用いた場合の方がmodelAよりも理論式に近い値が得られた。よって今後、使用する手法はmodelBが妥当であると考えられる。この手法は、液体の形状によらず、固液の相互作用を与えることができるため、充填層流れに対しても、良好な精度で計算が可能となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、解析モデルの大枠については構築が完了した。また、前年度で不十分であった気液間の相互作用については、異なる二つの手法を導入し、理論式との比較検討を行った。比較結果より、単純な系において理論式に対して十分な解析精度が得られた。また、同手法は複雑な界面を保持する系に対しても、適用可能であるため今後行う充填層内の気液流れに対しても、必要な解析精度が保証されている。以上の点から、研究はおおむね順調に進展している、といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで、問題となっていた気液間の相互作用については、複数の手法を用いて、解析精度の検証を行い、十分な解析精度をもった計算モデルの構築が完了した。今後は、同モデルを用いて当初より目標としていた、充填層液流れなどの、これまで計算が困難であった系においての計算を行う予定である。
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