Heat transfer study in foam formation using LBM with MPF model and AMR method

AMR法とマルチフェーズフィールド法を用いた格子ボルツマン法による泡沫形成時の熱伝達挙動解析

Sitompul, Y.*; 青木 尊之*; 渡辺 勢也*; 杉原 健太 ; 高木 知弘*

Sitompul, Y.*; Aoki, Takayuki*; Watanabe, Seiya*; Sugihara, Kenta; Takaki, Tomohiro*

安定な液体薄膜による泡形成をモデル化するために、Multi Phase Field法とAdaptive Mesh Refinementを組み合わせたキュムラント格子ボルツマン法を開発した。提案手法では大きな密度比において質量保存を保ちながら、多数の気泡を含む3次元泡沫形成シミュレーションに成功した。さらに、提案手法を熱伝導計算に拡張し、断熱層としての泡の有効性を実証するために2次元の泡沫形成計算を行い、泡のある水とない水の熱伝達を比較した。本計算で泡沫が滞留空気層のように作用することで水温を保持できることを再現できた。

A cumulant Lattice Boltzmann Method (LBM) with Multiphase Field (MPF) and Adaptive Mesh Refinement (AMR) has been developed to model foam formation with stable thin liquid films. The proposed method has been successfully employed to simulate 3D foam formation with many bubbles, maintaining mass conservation and using a large density ratio. In addition, we have extended the proposed method to include heat transfer calculations. To demonstrate the effectiveness of the foam as a thermal insulation layer, we simulated 2D foam formation and compared the heat transfer in a cup of water with and without foam. Preliminary results show that the foam effectively acts as a thermal insulator, retaining the water temperature by preventing the natural air convection and acting like a stagnant air layer.