気泡上昇解析におけるPhase Field変数の最適化

Optimization of phase field variables in bubble rise analysis

杉原 健太 ; 小野寺 直幸   ; 井戸村 泰宏   ; 山下 晋   

Sugihara, Kenta; Onodera, Naoyuki; Idomura, Yasuhiro; Yamashita, Susumu

Phase Field法による界面修正強度に空間分布を仮定し、局所的な速度分布および速度勾配を用いて重み付けるModified conservative Allen-Cahn(MCAC)方程式を提案した。代表的な4種類の形状の気泡上昇計算に対してMCACを適用し、GraceやAnnalandらの結果と比較して妥当な結果が得られることが確認 できた。また、Conservative Allen-Cahn(CAC)と同等以上の結果が得られること から、計算領域の一部で大きな速度差が発生するような場合でも適切なを使用可能である点においてMCACに優位性があると考えることができる。最後に本手法をバンドル体系解析に適用し、複雑な流路における流れでも気液界面を捕獲可能であることを確認できた。

The Modified conservative Allen-Cahn (MCAC) equation, which assumes a spatial distribution for the interface modification strength by the phase field method and weights it using the local velocity distribution and velocity gradient, is proposed. MCAC was applied to bubble rise calculations for four representative shapes, and the results were found to be reasonable in comparison with those of Grace and Annaland et al. In addition, the results obtained by MCAC are equivalent or superior to those of Conservative Allen-Cahn (CAC), and thus MCAC can be considered superior in that it can use appropriate even when large velocity differences occur in a part of the computational domain. Finally, this method was applied to the analysis of a bundle system, and it was confirmed that the gas-liquid interface can be captured even for flows in complex channels.