2016 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical investigation for particulate flows in sheet flow regime using 4way coupling model
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25420520
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
原田 英治 京都大学, 工学研究科, 准教授 (00362450)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | シートフロー / 粒子流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シートフロー漂砂は高速・高濃度の粒子流であり，また，粒子間の衝突が支配的な流体・粒子間の強い非線形相互作用を伴った固液混相乱流であるため，その内部構造の計測は極めて困難である．このような背景から，粒子流を対象にしたLarge Eddy Simulation （粒子流LES）によって，シートフロー漂砂の内部構造を検討した．粒子流LESでの粒子運動は，粒子スケール以下の解像度で求解した乱流場による流体力とDistinct Element Method（DEM）より模擬した粒子間相互作用力を駆動力として追跡される．粒子流LESの妥当性については，既往の実験結果を参照した半周期漂砂量による位相平均的な観点からの検討に加えて，振動流下シートフロー漂砂を対象に水理実験を実施して粒子運動の位相特性についても検討した．具体的には，実験画像のPIV解析によって得られる代表位相での移動床粒子の平均速度および変動速度を粒子流LESの結果と比較して，シミュレーションの妥当性を確認した．その後，実験計測が困難であるシートフロー層の内部の応力構造を計算力学的観点から考察を進めた．その結果，流速の向きが変わる最大の加速および減速位相では粒子運動が僅かであり，移動床表層では動的応力と乱流応力が混在した応力状態であること，また，シートフロー層が発達する加速位相では粒子運動による動的応力が支配的になり，減速位相に入るとせん断応力によって粒子移動層は加速されず，準定常状態に遷移することが考察された．粒子衝突による分散応力は粒径に依存するため，今後，粒子径を変えた実験およびシミュレーションの実施の必要がある．本研究での成果は特定の粒子材料を対象とした実験とシミュレーションに限定してはいるものの，シートフロー層内部構造の理解や流動則に対する高解像数値シミュレーションの一定の役割を示せたと考える．
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