多孔体内メソ-マクロ流動の階層シミュレーションに関する研究

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18360050
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 須賀 一彦 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (60374089)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 兵頭 志明 (株)豊田中央研究所, 材料分野・計算物理研究室, 室長 (20394520) ; 金城 友之 (株)豊田中央研究所, 材料分野・計算物理研究室, 客員研究員 (80399732) ; 森本 友 (株)豊田中央研究所, 材料分野・燃料電池システム研究室, 室長 (90394501) ; 山田 春彦 (株)豊田中央研究所, 材料分野・燃料電池システム研究室, 主任研究員 (50394557)
• Keywords: 多孔体 / 分子動力学法 / 格子ボルツマン法 / ポロシメーター / 乱流境界層 / プラントル数 / クヌッセン数 / 二相流

Research Abstract

計画初年度であるH18年度は各研究項目についてそれぞれ独立に研究を進め、以下の結果を得ている。
1.多孔体内流動解析のための実験データ取得を目的として、国内初の水圧入ポロシメーター装置(試作機)の導入を行い、技術的に未確立な水圧入法による細孔特性評価法を検討した。確立された測定技術である水銀ポロシメーターの結果と比較することで技術課題を明らかにした結果、本装置ではサンプル内に残留した空気が測定結果に影響を及ぼし、その影響を数値的に補正する必要のあることがわかった。
2.多孔体内の流動を分子動力学法によって解析するために、流動の駆動力となる密度勾配を生成する境界条件を開発した。
3.格子ボルツマン法を多孔媒質中の二相流体系に適用する為に、媒質の親水・疎水性の表現について検討し実際に計算してみることで手法の妥当性について検討した。
4.多孔体媒質中を移動する流体の連続体-非連続体遷移領域の解析に格子ボルツマン法を適用する為に、中程度のクヌッセン数(〜10)環境で特に精度が高い散乱関数の導入を進めた。
5.CTスキャンから得られたような離散的な多孔体媒質の形状データから滑らかな連続的なデータを再構築する手法を開発し、その有効性を確認した。
6.気液二相のマクロ流動に対応するために,高プラントル数流体の乱流熱輸送モデルの開発を行った。さらにそのモデルを基礎として、多孔体層に接する乱流境界層(浸透性壁面乱流境界層)を解析するための乱流モデルを開発し、既存のデータと比較検討し,開発モデルの妥当性を確認した。