2017 Fiscal Year Research-status Report
Numerical Method for the Unsteady Multiphase Flow and the Collapsing Behavior of Cavitation Bubble
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17K06164
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
申 炳録 宮崎大学, 工学部, 教授 (30235767)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 数値流体力学 / 気液混相流 / キャビテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧縮性-非圧縮性混在の気液二相流の解析には，圧縮性流れの解法をベースに非圧縮性流れが扱えるよう工夫された数値解法が適している．このような解法に前処理法を導入した差分解法があるが，この前処理解法は時間積分を修正するため，気泡崩壊の非定常挙動の解明が難しく正しい解を求めるには非効率的である．そこで，本研究では時間の整合性を保つ非定常気液混相流のための数値解法の開発を計画した．
新しい数値解法を提案するため，まず初年度は従来の前処理法を綿密に検討し，いかなるマッハ数に対してもstiff 問題のない数値流束行列（numerical flux Jacobian）の考案に着手した．従来の前処理法に対して，非定常計算への拡張から来る非効率性だけでなく，前処理行列や流束関数の選び方によっては安定性と収束性が劣化し膨大な時間を要求するなどの不具合をまず検討した．次に，これらの問題を解決できる新たな数値流束行列の考案に取り組み，行列が持つ固有値，物理時間と数値時間スケールの差による不安定性など，マッハ数に関わる問題に対し数学的な観点で検証を行い，広い範囲のマッハ数に対しても特異性を持たないよう構成した．
この数値流束行列を用いる気液混相流のための数値解法を近似リーマン解法に適用し，１次元衝撃波管のベンチマーク問題を解き，提案した数値解法の妥当性を検証した．当初予定していた２次元気液混相媒体の衝撃波管の定常・非定常問題の解析は，それらの実験データの入手に問題があるなどでH29年度に研究を完了するに至らなかったが，２次元解析コードの開発はほぼ完了した．
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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
H29年度計画していた新たな数値流束行列の考案は，当初の予定通り成功裏に提案することができた．また，これを用いる非定常気液混相流のための数値解法の開発や1次元解析コードの開発は予定とおり行われその妥当性が検証された．一方で，当初予定していた２次元気液混相媒体の衝撃波管の定常・非定常問題の解析は，それらの実験データの入手に問題があることがわかり，H29年度に研究を完了するに至らなかった．
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| Strategy for Future Research Activity |
H29年度の研究進展状況を考慮して，H30年度はH29年度に提案した新たな気液混相流のための数値解法をキャビテーション流れなどのより具体的な多次元混相媒体の流れ問題に応用し，実際流れへの適用性を検討する．先ず，H29年度に開発途上であった衝撃波を伴う２次元気液混相媒体の定常・非定常問題を高速キャビテーション流れの解析コードに組み込み，解法の受容性を検討する．次に，キャビテーション気泡が崩壊する際収縮－膨張の物理現象を正しく捉えるため，既提案の水－蒸気系状態方程式を非凝縮ガスも扱える水－蒸気－空気系の方程式に拡張する．また，自由表面の扱いや気泡崩壊の現象を捉える場合に無視できない表面張力の影響を捉えるため，表面張力モデルを導入しその有効性を検討する．以上で開発した数値解析コードを用い水中または自由表面における気泡崩壊問題を解析する．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由:予定していた外国出張（７月にアメリカ、ハワイにて開催されたASME 2017 Fluids Engineering Division Summer Meeting）を日程重複により取り止めたことと，２次元気液混相媒体の非定常問題の計算が不要となったため予定していた大規模計算用の九州大学情報基盤研究開発センターのスーパーコンピュータの使用を中止したためである．
次年度使用額の使用計画:２次元気液混相媒体の非定常問題の計算のため大規模計算のためのスーパーコンピュータの使用料と関連費用およびデータ処理のための設備備品費などに充当する．
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Research Products
(6 results)
