• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2023 Fiscal Year Annual Research Report

Fundamental study on interactions between small solid particles and turbulence

Research Project

Project/Area Number 18K03925
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

渡邊 威  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30345946)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2024-03-31
Keywords乱流変調 / 固体微小粒子 / 質点近似計算
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は、乱流中に浮遊した微小固体粒子群の挙動解析に用いられる、質点近似固体粒子と流れ場との相互作用に関する計算方法の妥当性や限界を検証することにある。
粒径が流れ場の計算格子間隔に比べて十分小さい場合、抗力は粒子自身による擾乱を含むストークス抵抗を用いて評価できる。しかし両者が同程度のオーダーになると粒子自身が与える速度場への擾乱の影響は無視できない。この時は非擾乱速度を用いてストークス抵抗を評価する必要がある。昨年度は、非擾乱速度を求める手法の一つとして提案されているHorwitz and Mani (2016)の方法をスペクトルDNS法へ適用する方法について検討を行った。擾乱速度場から非擾乱速度を推定する際に用いる係数値が、スペクトル法の計算方法ではどのような値を示すか具体的な計算を行い、その妥当性や問題点について検証を行った。その結果、得られた係数値から求めた非擾乱速度は単一粒子周りの流れから得られる理論的な予測値と矛盾しない結果が得られた。
しかし、この方法は複数個の係数値を事前に求めておく必要があり,多粒子系に拡張した計算への適用は容易ではない。そこで、最終年度では、ストークス近似による解(ストークスレット)を用いた非擾乱速度の評価方法について、その妥当性を検証した。この方法では数値解がストークスレットと同様の振る舞いをすると仮定し、非擾乱速度を評価するため解析に任意性が入りこまない。静止流体中の粒子の落下問題において検証を行った結果、格子間隔程度の大きさの粒子でも抗力を精度よく評価できることがわかった。
その他、研究期間全体を通して得られた成果として、1.運動エネルギーの減衰の様子は,ダムケラー数を用いて整理されること、2.質点近似計算と有限サイズ粒子の場合に計算結果を比較すると、質点近似計算では乱流変調が過小評価されること、などを明らかにした。

  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Spectrum of passive scalar carried by particles in isotropic turbulence2024

    • Author(s)
      Izumi Saito, Takeshi Watanabe, Toshiyuki Gotoh
    • Journal Title

      Physical Review Fluids

      Volume: 9 Pages: 054601

    • DOI

      10.1103/PhysRevFluids.9.054601

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Numerical simulations of microbubble dispersion in isotropic turbulence2024

    • Author(s)
      Takeshi Watanabe, Hikaru Suzuki, Izumi Saito, Toshiyuki Gotoh
    • Journal Title

      Springer Proceedings in Physics, 34th IUPAP Conference on Computational Physics

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Kinematic effects on probability density functions of energy dissipation rate and enstrophy in turbulence2023

    • Author(s)
      Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe, Izumi Saito
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 130 Pages: 254001

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.130.254001

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ラグランジュ描像に基づく高シュミット数スカラー乱流の大規模シミュレーション2023

    • Author(s)
      齋藤泉、渡邊威、後藤俊幸
    • Organizer
      日本流体力学会年会2023
  • [Presentation] 粒子法を用いた高シュミット数スカラー乱流の大規模直接数値シミュレーション2023

    • Author(s)
      齋藤泉、渡邊威、後藤俊幸
    • Organizer
      RIMS共同研究(公開型)「乱流の予測可能性と可制御性」
  • [Presentation] 等方乱流中のマイクロバブルの局在化2023

    • Author(s)
      壽松木輝, 渡邊威, 齋藤泉, 後藤俊幸
    • Organizer
      第37回数値流体力学シンポジウム
  • [Presentation] 高シュミット数パッシブスカラー乱流の粒子法シミュレーション2023

    • Author(s)
      齋藤泉, 後藤俊幸, 渡邊威
    • Organizer
      第37回数値流体力学シンポジウム
  • [Presentation] Numerical simulations of microbubbles dispersion in isotropic turbulence2023

    • Author(s)
      T. Watanabe, H. Suzuki, I. Saito, T. Gotoh
    • Organizer
      34th IUPAP Conference on Computational Physics (CCP2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Turbulent mixing of scalar field of particle properties2023

    • Author(s)
      I.Saito, T.Watanabe, T. Gotoh
    • Organizer
      34th IUPAP Conference on Computational Physics (CCP2023)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi