2020 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical Method for the Unsteady Multiphase Flow and the Collapsing Behavior of Cavitation Bubble
| Project/Area Number |
17K06164
|
|---|
| Research Institution | University of Miyazaki |
|---|
Principal Investigator |
申 炳録 宮崎大学, 工学部, 教授 (30235767)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 流体工学 / 数値流体力学 / 気液混相流 / キャビテーション |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
令和２年度に実施した研究は，前年度までに提案した水－蒸気－空気系の状態方程式により記述できる圧縮性-非圧縮性混在の気液二相流問題のための非定常数値解法を気液多成分流れの多次元問題への拡張に関する研究を行った．まず，気液多成分流れについては，水に空気（非凝縮気泡）が溶存する場合のキャビテーション流れをモデリングし，空気の溶存率が解法の安定性と状態方程式が解析結果に及ぼす影響について調べ，溶存率が状態方程式を崩すことなく安定に計算できることを確認した．多次元問題への拡張においては，標準の衝撃波管問題を２次元に拡張し，１次元問題で検証した接触不連続面での温度場の振動，オーバーシュートの問題ならびに空間精度に関連する安定性，収束性等について評価し，多次元問題への拡張に有効であることを示した．これらの試みから，本解法が凝縮，非凝縮気泡混在の気液混相流の非定常多次元問題に対し時間的に精度のよい解が得られることを明らかにした．また，水や空気のような一般流体の水力機械に現れるキャビテーション現象や，温度変化が比較的に小さい気液混相流の非定常諸挙動の解析に有効であることを示した．
以上のように，本研究は当初の研究目的をほぼ達成することができた．一方，液体燃料や液体水素のような非水系の極低温流体など熱力学的変化が著しい気液混相流に対しても適用可能か試みたところ，安定な計算ができても，問題によっては予測の逸れや予測結果の精度が落ちる傾向があった．これは，本研究で提案した数値解法が水－理想気体（蒸気，非凝縮気体）系の状態方程式により定式化された基礎方程式であるため現れるものと推察され，本研究で扱う水系とは異なる特性を有する熱力学的特性が著しい非水系の混相流への適用のためには，新たな検討が必要であることを示している．
|
