拡張潤滑理論による分散混相流中の非平衡輸送問題への展開
【研究キーワード】
潤滑 / 非平衡 / 粒子流れ / 液滴浮遊 / 潤滑理論 / 界面 / 混相流れ / 輸送現象
【研究成果の概要】
本研究課題では、流体中に分散的に存在する界面が近接する際に発生する潤滑が、流れ場全体に及ぶような影響を与えることを、数値計算・実験を通して解析し、代表者が提案した拡張潤滑モデルを通して理解する。
2021年度は、液体中に置かれた溶媒と溶質を透過させる膜に働く潤滑効果が支配的となるような問題を設定し、溶媒・溶質の膜透過流束を高精度に解く数値解法を開発した。ユニークな点は、流れ場の圧力方程式に、膜上における圧力と濃度の不連続量を採りこんだことである。狭い流路内で溶媒と溶質を透過する膜に流路壁と相対速度を与える問題を設定し、波状および円形の膜に対して膜透過流束(溶媒・溶質)が潤滑から受ける影響を解析した。波状膜については、膜透過流束成分の高次成分を含む数理モデルの構築をとおして、膜および流路形状のパラメーターが溶媒・溶質の流束に及ぼす効果を特定した。さらに数値解析解との比較を通してその効果を確認することで、潤滑が非平衡輸送現象に与える影響の一端を明らかにした。
さらに拡張潤滑モデルを移動壁面上の液滴浮遊現象の問題に適用した。浮遊液滴と移動壁面間の空気膜の厚さを拡張潤滑モデルより推定するアルゴリズムを構築し、実験結果と比較した結果、良好な一致を得た。
また粒子混相流における実用的な潤滑アルゴリズムの構築として、物体を10個程度以下の格子で解像する低解像度の境界埋め込み法でも適用可能な簡易な潤滑力補正手法を開発した。本補正手法では、潤滑層補正用のフィルタ格子を導入し、潤滑層を含むフィルタ格子内のみの情報から潤滑力を補正する。2021年度は、実際に補正手法を用いて、接近する2粒子の運動を計算し、潤滑層による反発力および引き込み力を10%程度の誤差という実用的な精度の範囲で再現できることを確認した。
【研究代表者】
【研究分担者】 |
大西 領 | 国立研究開発法人海洋研究開発機構 | その他 | その他 | (Kakenデータベース) |
田川 義之 | 東京農工大学 | 工学(系)研究科(研究院) | 教授 | (Kakenデータベース) |
梶島 岳夫 | 大阪大学 | 工学研究科 | 教授 | (Kakenデータベース) |
|
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2020-07-30 - 2023-03-31
【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)