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堀口 直樹; 吉田 啓之; 金子 暁子*; 阿部 豊*
Physics of Fluids, 35(7), p.073309_1 - 073309_17, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Mechanics)非混和液液系における液体ジェットの微粒化は、原子力産業分野の安全上重要である。日本原子力研究開発機構は、数値シミュレーションを用いて非混和性液液系における液体ジェットとして振る舞う溶融燃料の挙動を評価する手法を開発し、数値シミュレーションと実験により浅水プール中の液体ジェット挙動を調査してきた。本論文は、壁面衝突液体噴流における微粒化の機構を明らかにする。ここでは、非混和液液系の浅水プール中壁面衝突液体噴流における微粒化挙動について、数値シミュレーションと分散相追跡法を用いて、液滴形成とその流れ場の観点から研究した。その結果、壁面衝突液体噴流に見られる液膜流における液滴形成は、三つのパターンがあることを明らかにし、液滴形成直後の液滴物理量を取得し、無次元数を用いた液滴形成の理論的基準領域を開発した。液滴形成パターンとこの領域との比較により、パターンの特徴と発生源に応じた液滴形成機構を解明した。
山村 聡太*; 藤原 広太*; 本田 恒太*; 吉田 啓之; 堀口 直樹; 金子 暁子*; 阿部 豊*
Physics of Fluids, 34(8), p.082110_1 - 082110_13, 2022/08
被引用回数：2 パーセンタイル：37.96(Mechanics)液-液系の衝突噴流における液体の広がりと微粒化は、浅い水槽への高温溶融物質の冷却挙動を理解する上で非常に重要であると考えられている。この現象は、液体噴流が非混和性液体で満たされたプールに入る時に発生し、噴流は床面に衝突した後、薄い液膜を形成しながら放射状に広がり、液滴が微粒化する。本論文では、3次元レーザー誘起蛍光法(3D-LIF)計測と3次元再構成により、ジェットが拡がる非定常3次元挙動を定量化した結果を説明する。高流速条件下では、液膜の広がりとともに跳水および微粒化現象が発生した。この液膜の広がりを評価するために、拡がりの代表値として跳水半径位置を求めて既存の気液系の理論との比較を行った結果、液液系は気液系よりも液膜の拡がりが抑制されることがわかった。さらに、液膜の跳水メカニズムにおいて重要な因子とされる液膜中の速度分布を粒子追跡速度計測法(PTV)により計測することに成功し、液膜中の速度境界層の存在を確認した。これらの結果から、液-液系では、界面でのせん断応力により流速が低下し、速度境界層の発達が抑制されることが明らかとなった。また、微粒化挙動を評価するため、取得した噴流の三次元形状データから、微粒化した液滴の数と直径分布を測定した。その結果、液滴の数は流速が大きくなるにつれて増加した。これらの結果から、我々は、微粒化挙動が液膜の拡がりに影響すると結論付けた。
藪中 俊介; 藤谷 洋平*
Physics of Fluids, 34(5), p.052012_1 - 052012_18, 2022/05
被引用回数：2 パーセンタイル：37.96(Mechanics)弱い圧力、化学ポテンシャル勾配を加えた場合の毛細管中での二元混合系の等温環境下の輸送を考える。壁面での選択的吸着効果が強い際には、壁面近くに相関長程度の厚さの吸着層が形成される。そのため毛細管中の組成が不均一となり、相関長も不均一となる。我々はこのような状況での流体力学をLocal renormalized functional theoryを用いて考察し流量の計算を行った。
齋藤 慎平*; De Rosis, A.*; Fei, L.*; Luo, K. H.*; 海老原 健一; 金子 暁子*; 阿部 豊*
Physics of Fluids, 33(2), p.023307_1 - 023307_21, 2021/02
被引用回数：34 パーセンタイル：98.3(Mechanics)流れ場で沸騰が発生する現象は強制対流沸騰として知られている。今回、飽和条件の流れ場中の円柱上での沸騰システムを数値的に調査した。複雑な気液相変化現象に対処するために、擬ポテンシャル格子ボルツマン法(LBM)に基づく数値スキームを開発した。高いレイノルズ数の数値安定性を高めるため、衝突項を中心モーメント(CM)の空間で解いた。CMベースのLBMに適した力場スキームを採用することで簡潔でありながら堅牢なアルゴリズムとなっている。さらに、熱力学的一貫性を確保するために必要な追加項をCMの枠組みにおいて導出した。現在のスキームの有効性は、核形成,成長、および30-30000の間で変化するレイノルズ数の蒸気泡の離脱を含む一連の沸騰プロセスに対してテストされた。開発したCMベースのLBMは、初期気相などの人工的な入力なしに、核沸騰,遷移沸騰、および膜沸騰の沸騰様式を再現できる。結果からプール沸騰ではなく強制対流システムでも抜山曲線として知られる典型的な沸騰曲線が現れることが分かった。また、今回のシミュレーションは膜沸騰領域でも断続的な直接固液接触の実験的観察を支持することが分かった。
古市 紀之*; 寺尾 吉哉*; 和田 裕貴; 辻 義之*
Physics of Fluids, 30(5), p.055101_1 - 055101_7, 2018/05
被引用回数：16 パーセンタイル：72.47(Mechanics)This paper reports further experimental results obtained in high Reynolds number actual flow facility in Japan. The experiments were performed in a pipe flow with water, and the friction Reynolds number was varied up to 
= 5.3 
10
. This high Reynolds number was achieved by using water as the working fluid and adopting a large-diameter pipe (387 mm) while controlling the flow rate and temperature with high accuracy and precision. The streamwise velocity was measured by laser Doppler velocimetry close to the wall, and the mean velocity profile, called log-law profile 
= (1/
) ln(y
) + 
, is especially focused. After careful verification of the mean velocity profiles in terms of the flow rate accuracy and an evaluation of the consistency of the present results with those from previously measurements in a smaller pipe (100 mm), it was found that the value of asymptotically approaches a constant value of = 0.384.
井田 真人
Physics of Fluids, 21(11), p.113302_1 - 113302_13, 2009/12
被引用回数：32 パーセンタイル：72.87(Mechanics)J-PARC中性子源の開発において、高エネルギー陽子ビームの入射直後に水銀中で発生するキャビテーションが問題となっている。衝撃試験装置を用いたオフビーム実験により、キャビテーションによって発生した多数の気泡が高速の水銀ジェットを噴射し、水銀を囲う中性子源容器の寿命を著しく短縮する可能性が示唆されたのである。本論文では、キャビテーション抑制技術開発への一助とすべく、キャビテーション開始直後の複数気泡の振る舞いを詳細解析した。それにより、気泡核が複数ある場においては、液体中に十分に強い負圧が発生した場合にも、(a)その一部のみが急膨張を起こし、その他はほぼ静止したままの状態に保たれる場合があること、(b)気泡の急膨張が他の気泡の膨張に遮られ、崩壊に転ずる場合があることなどを見いだした。また、(c)多数の気泡核が存在する場合、液体中の負圧が大きく減少する場合があることなども明らかになった。これらの知見は、多数の気泡が発生し相互作用する実際的な場での気泡の複雑な振る舞いを理解するうえで有用になるものである。
佐竹 信一*; 功刀 資彰*; 高瀬 和之; 小瀬 裕男*
Physics of Fluids, 18(12), p.125106_1 - 125106_8, 2006/12
被引用回数：34 パーセンタイル：73.45(Mechanics)高速増殖炉,核融合炉,加速器駆動炉などでは液体金属による冷却が考えられている。なかでも核融合炉では、高温プラズマを閉じ込めるために発生させる磁場の影響によって、液体金属の流動特性が非磁場条件とは異なることが報告されている。冷却性能に関して高い予測精度を得るためには、冷却材流路を流れる液体金属の速度分布や温度分布を正確に把握しなければならないが、高磁場中での高レイノルズ数液体金属流の熱流動特性を詳細に計測することは容易ではない。そこで、熱設計ツールの検証用データベース構築を目的として、ローレンツ力による磁場効果を考慮した大規模乱流直接解析を実施した。スペクトル法の改良,差分スキームの高次化等を行って、10万以上のレイノルズ数領域に対しても高精度で安定な高並列計算を可能にした。また、計算結果のポスト処理には並列版AVSを使用し、従来よりも大量のデータを効率的に可視化表示できることを実証した。本研究によって高磁場中における高レイノルズ数液体金属流挙動が定量化され、熱設計精度を向上できた。
井田 真人
Physics of Fluids, 17(9), p.097107_1 - 097107_13, 2005/09
被引用回数：16 パーセンタイル：52.73(Mechanics)音場中の複数気泡系が持つとされる特徴周波数「遷移周波数」について理論的に再検討し、その存在の確認と物理的性質の解明を行った。結合強制振動子モデルを用いた解析により、以下の成果を得た。(1)遷移周波数の特性に関する詳細,(2)副遷移周波数が現れる閾距離の理論的決定,(3)相互作用力の符号反転に関する簡易な解釈法,(4)二気泡系における自然周波数,共振周波数,遷移周波数の類似性と差異の明瞭化。この試みにより、「複数気泡系には共振を引き起こさない遷移周波数が存在する」というわれわれの主張がより確かなものとなり、また、遷移周波数の物理的効果及び相互作用力の符号反転における役割がより明確なものとなった。
福山 淳*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 濱松 清隆
Physics of Fluids B; Plasma Physics, 5(2), p.539 - 549, 1993/02
被引用回数：15 パーセンタイル：49.69(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク・プラズマにおける、電磁波動による電流駆動と波動の持つヘリシティーの関係を理論及び数値的に解析した。波動からプラズマへのヘリシティー変換効率を定式化し、イオン・サイクロトロン周波数帯の波動に対して数値解析した。1次元の不均一性を持つプラズマ配位下で、運動論的効果を含む波動伝播方程式を境界値問題として解き、波動ヘリシティーの輸送(非共鳴粒子)による場合と波動運動量の輸送(共鳴粒子)による場合の各々について、駆動電流量を評価した。現在実験で得られているプラズマ・パラメータでのこの周波数帯の解析では、波動ヘリシティーによる電流駆動は従来の方法(波動運動量による)に比べて低かった。しかし、高エネルギー粒子の存在する場合には、波動ヘリシティーによる電流駆動効率のプラズマ密度依存性は従来の方法より良いものであった。
