2011 Fiscal Year Annual Research Report
機構論的気液二相流解析の工学利用に向けた格子・粒子ハイブリッド法の研究
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22760671
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石渡 祐樹 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (10334319)
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| Keywords | 気液二相流 / 格子・粒子ハイブリッド法 / 3次元モデル / 非構造格子 / 周期境界条件 / 水柱崩壊 / 単一上昇気泡 / 管内鉛直上昇気液二相流 |
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| Research Abstract |
有限体積法とMPS法を組み合わせた格子・粒子ハイブリッド法を3次元モデルに拡張するとともに、汎用数値流体解析ソフトOpenFOAMに組み込んだ。非構造格子体系にも適用可能とするために、影響半径と重み関数を用いた新たな格子-粒子間のパラメータ交換法を考案した。
水柱崩壊は、自由界面流れのベンチマーク問題として知られている。粒子を使わないOpenFORMの二相流ソルバーおよび本研究で開発した解析した手法による計算結果がほぼ一致し、無次元化された水柱先端位置が実験結果を適切に再現できた。
浮力によって上昇する気泡の形状を、様々な気泡レイノルズ数とエトベス数で解析した。気液の密度比は1000、粘性比は100に固定した。液相に粒子を配置し、表面張力は格子で計算した。気泡形状の解析結果は既往実験による予測線図をよく再現した。低エトベス数（高い表面張力）の領域も適切に計算できた。また、乱流域の解析結果も適切であった。
表面張力によって断面に圧力分布が生じる二相流の場合、境界面で圧力を固定する周期境界条件では非物理的な圧力場の乱れが生じる。そこで、周期境界を通過する度に一定量を加圧するポンプモデルを適用した。また、格子が存在する解析体系の外側に粒子法計算専用（格子とやりとりしない）の粒子をコピーする方法を適用し、コピー領域の厚さはMPS法の最大影響半径より大きくとった。
鉛直円管内の水-空気系層流を解析した。円管内を非構造格子で分割し、流れ方向には前述の周期境界条件を適用した。粒子は気相側に配置した。粒子を用いないOpenFORMの二相流ソルバーでも比較のために解析し、周期境界付近での非物理的な圧力場の乱れが生じないことを確認した。本研究で開発した手法では、非構造格子にも体積率が適切に外挿されること、粒子を含む気泡が周期境界を適切に横切っていることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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