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Sitompul, Y.*; 青木 尊之*; 渡辺 勢也*; 杉原 健太; 高木 知弘*
no journal, ,
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。
Sitompul, Y.; 青木 尊之*
no journal, ,
本発表では、混相流シミュレーションにおける格子ボルツマン法(LBM)の進歩について議論する。従来のCFD手法は、複雑な二相流のシミュレーションに課題を抱えており、代替手法として多相LBMの開発に至った。LBMは単相流には有効であるが、激しい二相流のシミュレーションには苦労する。この問題を解決するために、界面捕捉のためのPhase Fieldモデルを持つ新しいフィルタ付きキュムラントLBM(CLBM)を導入した。CLBMの適用により、穏やかな流れから激しい流れまで幅広いシミュレーションに成功した。さらに、円管内気泡乱流や泡形成の研究に拡張し、有望な結果を得るとともに、流体力学における将来の研究や応用に新たな可能性を開いた。
Sitompul, Y.; 青木 尊之*; 渡辺 勢也*; 杉原 健太; 高木 知弘*
no journal, ,
泡の形成とその断熱特性は様々な産業において極めて重要である。本研究では、Cumulant Lattice Boltzmann Method (LBM)とMultiphase Field (MPF)を用いた数値シミュレーションを行い、泡の生成とその断熱特性を検討する。キュムラントLBMは、並列計算機を用いた安定で効率的な流体力学シミュレーションのために採用されている。MPFモデルは、1つのセル内で複数の気泡界面のシミュレーションを可能にするため、気泡の合体を防ぐことができる。泡を介した熱輸送を研究するために、冷たい空気で冷やされた熱湯の入ったコップのシナリオに焦点を当てる。泡がなければ、熱輸送は強制的な空気対流と水中の自然対流によって加速される。しかし、泡が存在すると、泡は滞留空気層として機能する。熱は主に泡内の伝導によって運ばれる。泡は効率的な断熱材として機能し、対流熱伝達を妨げ、湯温の保持を長持ちさせる。
杉原 健太; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; Sitompul, Y.; 山下 晋
no journal, ,
多数の気泡が存在する流れを計算する際に気泡同士が接近すると、実験では反発するようなケースであっても、従来の界面捕獲手法では数値的に合体してしまうことが判明した。気泡の連鎖的数値合体は流動様式に大きな影響を及ぼすため、接近した気泡同士が合体するか否かをコントロールする必要があると考え、気泡毎に独立な流体率関数を適用することで気泡同士の合体を抑制可能なMulti-Phase Field(MPF)法の導入を進めている。多相界面三重点の数値誤差の少ないN-phase modelをMPF法の界面捕獲法として導入し、省メモリ化手法としてOrdered Active Parameter Tracking(OAPT)法を適用することで数百の流体率関数を効率的に格納した。本報告ではMPF法を用いた気液二相流体計算の基礎的な検証として、円管内気泡流解析を実施し実験結果と比較した。