Innovative CFD simulation for multiphase flows including free surfaces

针对包括自由表面在内的多相流的创新 CFD 模拟

基本信息

批准号：
19H05613
负责人：
青木尊之
金额：
$ 124.55万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-06-26 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、① 多量の瓦礫や流木を含んだ流れの斜面災害のシミュレーション、② 液膜のダイナミクスおよび泡沫の生成・崩壊のシミュレーション、③ 粒子間の液架橋を直接計算するスラリーの固気液分散系シミュレーションから構成される。① 八戸工大の循環水路での実験に対する検証計算では、模擬流木が捕捉され流路が狭くなり、滝のように流れる様子が再現でき、さらに1本の模擬流木が滝つぼに捕捉されるところまで実験とシミュレーションが一致する結果を得た。岩手県岩泉町乙茂地区の2016年風10号による洪水氾濫に対し、920m×280mの範囲の実地形を元に最細20cm格子を用いる大規模シミュレーションを実施した。1000本と2000本の流木を氾濫領域に流入させ、その捕捉や流れへの影響評価を開始した。② 液膜のダイナミクスを解析するための詳細なシミュレーションにおいて、流体力学的には時間とともに液膜内部の流量が減少することにより薄膜化し液膜が表面張力により破断するはずであるが、数値計算が原因のSpurious Current の影響が大きく、これを大幅に低減する計算手法の導入が必要であることが分かった。マルチ・フェーズフィールド法による泡沫形成のシミュレーションでは、攪拌などにより分裂した気泡の数値計算が原因の再合一を阻止する計算手法の開発を進めた。また、熱輸送を考慮する気液二相流シミュレーションに着手した。③ 水分を含んだ粉体の流動特性を解析するため、粒子間の液架橋を気液二相流として直接計算するシミュレーションを進めた。容器内の下方に水分を含んだ125個の粒子がパッキングして配置し、加振を模擬した加速度を周期的に与える計算を行った。時間とともに液架橋の範囲が広がることを確認した。また、液架橋が形成されている粒子間において、粒子間距離が近づいた時に作用する潤滑力を検討した。

本研究的重点是（1）模拟含有大量碎石和浮木的流动引起的边坡灾害，（2）液膜动力学和泡沫形成/破裂的模拟，以及（3）泥浆的固-气-液分散直接影响计算颗粒之间的液桥它由系统模拟组成。 ① 在八户工业大学循环水道实验的验证计算中，捕获了模拟浮木，水道变窄，再现了瀑布般的水流，进行了实验，直到在八户工业大学的流域中捕获了一根模拟浮木为止。模拟得到的结果与上述一致。我们针对2016年岩手县岩泉町大友地区920m x 280m区域的风10号洪水，根据实际地形，使用尽可能最小尺寸的20cm网格进行了大规模模拟。 1,000 和 2,000 块浮木流入洪水区域，我们开始捕捉它们并评估它们对流量的影响。 ② 在分析液膜动力学的详细模拟中，从流体动力学的角度来看，液膜内部的流速应该随着时间的推移而减小，导致液膜变薄并因表面张力而破裂，但数值计算表明结果发现，作为其原因的杂散电流的影响很大，需要引入一种计算方法来显着降低这种影响。在使用多相场法模拟泡沫形成时，我们对因搅拌而分裂的气泡进行了数值计算，从而开发了一种防止气泡重新结合的计算方法。我们还开始了考虑热传递的气液两相流模拟。 ③为了分析含湿粉末的流动特性，我们进行了模拟，将颗粒之间的液桥直接计算为气液两相流。进行了计算，其中将125个含有水分的颗粒填充并放置在容器的下部，并周期性地施加模拟振动的加速度。已证实液体交联范围随时间而扩大。此外，我们还研究了当颗粒之间的距离变近、形成液桥的颗粒之间所产生的润滑力。

项目成果

期刊论文数量（151）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Survey report on damage caused by 2019 Typhoon Hagibis in Marumori Town, Miyagi Prefecture, Japan

日本宫城县丸森町2019年台风海贝思造成损失调查报告

DOI：
10.1016/j.sandf.2020.12.001
发表时间：
2021
期刊：
Soils and Foundations
影响因子：
3.7
作者：
Moriguchi;S.;Matsugi;H.;Ochiai;T.;Yoshikawa;S.;Inagaki;H.;Ueno;S.;Suzuki;M.;Tobita;Y.;Chida;T.;Takahashi;K.;Shibayama;A.;Hashimoto;M.;Kyoya;T.;Dolojan;N.L.J.
通讯作者：
N.L.J.

THINC scaling method that bridges VOF and level set schemes

DOI：
10.1016/j.jcp.2021.110323
发表时间：
2021-03
期刊：
J. Comput. Phys.
影响因子：
0
作者：
Ronit Kumar;Lidong Cheng;Y. Xiong;B. Xie;R. Abgrall;F. Xiao
通讯作者：
Ronit Kumar;Lidong Cheng;Y. Xiong;B. Xie;R. Abgrall;F. Xiao

Effect of gas generation by chemical reaction on viscous fingering in a Hele-Shaw cell

化学反应产生气体对 Hele-Shaw 池中粘性指进的影响

DOI：
10.1063/5.0062588
发表时间：
2021
期刊：
Physics of Fluids
影响因子：
4.6
作者：
Wang Weicen;Zhang Chunwei;Patmonoaji Anindityo;Hu Yingxue;Matsushita Shintaro;Suekane Tetsuya;Nagatsu Yuichiro
通讯作者：
Nagatsu Yuichiro

ブロック型適合細分化格子でのPoisson解法のGPU高速化

块式自适应细分网格泊松解的GPU加速

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
小野寺直幸;井戸村泰宏;ユスフアリ;下川辺隆史;青木尊之
通讯作者：
青木尊之

LBMとAMRを用いた実在の災害に対する大規模な流木シミュレーション

使用 LBM 和 AMR 对真实灾害进行大规模浮木模拟

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shen Dawei;Aoki Takayuki;Watanabe Seiya;Moriguchi Shuji;Takase Shinsuke;Sakuraba Masaaki
通讯作者：
Sakuraba Masaaki

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通讯作者：
店橋護

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DOI：
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Paulino CristovaoYusuke TanimuraHidemoto NakadaHideki Asoh

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影响因子：
0
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通讯作者：
藤原道隆，田中由浩，福田智弘，神田光郎，小林大介，田中千恵，佐野明人，小寺泰弘

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DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
青木律也;青木尊之;松下真太郎;Kai Yang;中島聖 ;山本亮;幸徳正信;横畑英明;J. Puebla;岡本晃一，垣内晴也，亀井勇希，松山哲也，和田健司，船戸充，川上養一;Hiroyuki Noji;N. Hayashi
通讯作者：
N. Hayashi