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論文

Lattice Boltzmann modeling and simulation of forced-convection boiling on a cylinder

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:2 パーセンタイル:90.05(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。

論文

Further experiments for mean velocity profile of pipe flow at high Reynolds number

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:9 パーセンタイル:70.9(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 $$Re_{tau}$$ = 5.3 $$times$$ 10$$^{4}$$. 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 $$U^{+}$$ = (1/$$kappa$$) ln(y$$^{+}$$) + $$B$$, 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 $$kappa$$ asymptotically approaches a constant value of $$kappa$$ = 0.384.

論文

Multibubble cavitation inception

井田 真人

Physics of Fluids, 21(11), p.113302_1 - 113302_13, 2009/12

 被引用回数:23 パーセンタイル:65.68(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。

論文

Direct numerical simulation on turbulent channel flow under a uniform magnetic field for large-scale structures at high Reynolds number

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:31 パーセンタイル:73.59(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。

論文

Phase properties and interaction force of acoustically interacting bubbles; A Complementary study of the transition frequency

井田 真人

Physics of Fluids, 17(9), p.097107_1 - 097107_13, 2005/09

 被引用回数:13 パーセンタイル:49.56(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。

論文

Nonresonant current drive and helicity injection by radio-frequency waves

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:50.96(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。

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