2019 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 – 2021-03-31
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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 |
令和元年度に実施した研究はまず，前年度に提案した圧縮性-非圧縮性混在の気液二相流問題のためのいわゆる時間に対して整合性を有する新しい数値解法に対して，空間精度にかかわる安定性の向上に関する研究を行った．これは，この解法が非定常問題に対し時間的に精度のよい解が得られ，ほぼ研究目的を達成することができたが，接触不連続面において解の空間精度がやや乱れ結果として解法の安定性を落とす傾向を示したからである．このような現象の主な理由は，前処理を行うとき現れるヤコビ行列と上流化からくる数値粘性に起因するものと認識し，その改善に取り掛かった．そのため先ず，本解法の基本フレイムである高解像度の近似リーマン型上流差分において，格子境界での物理量を決める際に伴われる内挿関数の選び方について調べ，保存量，基本量，特性量等を用いた場合，それぞれが安定性に与える影響を明らかにした．その後，この内挿関数と高次精度上流差分の組み合わせが安定性に与える関係を2次精度，3次精度，ENO，WENOなど等種々の差分スキームを用い調べ，これらによる数値粘性が非定常前処理システムの安定性に及ぼす影響を明確にした．これらにより，空間精度に関連する安定性，収束性を保つ数値流束関数が構成できることを示した．
次に，前年度新たに導出した水－蒸気－空気系の状態方程式による気液混相流モデルをこの数値解法に導入し定式化した基礎方程式で，非凝縮気泡が混在する気液混相流解析を試みた．１次元衝撃波管問題では，従来温度場で現れた接触不連続面での振動，またはオーバーシュートの問題が解決でき，本解法の気液二相多成分，多次元問題への対応可能性を確認した．今後，非定常性の強い気泡崩壊の問題や衝撃波と気泡の相互干渉問題などに拡張することで，気泡崩壊に係わる超高速物理現象の解析に有効な手法になると考えられる．
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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
整合性のとれた数値解法の考案並びに有効性の確認は，だいたい予想どおりの時間内に行うことができた．気液二相多成分流れの多次元問題への拡張が新型コロナウイルスの影響もあってやや遅れているが，当初計画していた目標はおおむね達成でき，成果も得ている．
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の研究が当初計画通り順調に実施できたので，引き続き，整合性のとれた新たな気液混相流のための数値解法を気液二相多成分流れの多次元問題へ拡張し，気泡崩壊に係わる超高速物理現象の解明に適用範囲を広げる展開を計画している．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの影響で予定していた学会への参加ができなかったことと，本解法の気液二相多成分多次元問題への拡張が遅れたためである．これらの研究費は多次元非定常問題への拡張，気泡崩壊に係わる超高速物理現象の解明関連費用などに充当する．
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