樹木導管を模擬するメゾスケール複雑境界内の二相流数値計算手法の開発

模拟树状管道的介尺度复杂边界内两相流数值计算方法的发展

基本信息

批准号：
19K04241
负责人：
山口朝彦
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Nagasaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

植物の水分輸送モデルとして広く受け入れられている Cohesion-Tension Theory (水の凝集力・張力説、以下 CTT ) は、水で満たされた1本の細管の下端に根圧としての浸透圧、上端に葉からの蒸散による張力が作用し、水の凝集力を介した張力の伝達により水分が根から葉まで運ばれるというものであるが、未だ解明されていない部分が残っている。本研究では、二相系格子ボルツマンBGKモデルによるフェイズフィールド法を発展させた数値シミュレーションにより、CTT の検証と、理論の工学デバイスへの応用を目指している。これまでに、稲室らが2004年に発表した二相系格子ボルツマン法により、対象となる水のような気液の密度差の大きい二相流を扱うことのできるプログラムを作成し、複雑な境界条件への対応できるよう外挿法による境界計算を導入した。また、気液境界の粘性係数の計算方法をHeらの方法に変更して、気液の接続を滑らかにした。さらに、昨年度までに、固体表面上の濡れ性を考慮するために、Yanらの方法を追加し、数値シミュレーションで垂直平板上の単一気泡の挙動を計算することができるようになっている。今年度は、複雑な境界条件に対応するために、重力方向に対して傾斜のついた平面上にある気泡挙動の数値シミュレーションを行い、接触角が小さい場合、気泡は斜面から離脱するように上昇し、接触角が大きい場合は、気泡が斜面に沿って上昇する結果を得て、実際の物理現象に対して矛盾のないことを示すことができた。一方で、現在の3D15VとSRTのモデルでは、計算ステップが進むにつれ、平衡分布関数の値が不安定になる現象を回避することが困難で、3D27VモデルやMRTの導入や稲室らが提案してるLKSへの変更など、プログラムの改善が必要であることがわかってきた。

被广泛接受为植物中水转运的模型的凝聚力张紧理论（CTT）是，渗透压是在根压向单管的下端施加到装有水的下端，并且由于顶端蒸腾而引起的叶子的张力，导致湿度通过水的张力通过水的张力转移到叶子上，但仍未在叶子中转移到叶子上，但仍未在水中转移到叶片，但仍未促进水的张力。这项研究旨在通过数值模拟将CTT验证并将理论应用于工程设备，该数值模拟使用两相晶格Boltzmann BGK模型开发相位场方法。到目前为止，使用Inamuro等人发表的两相晶格Boltzmann方法。在2004年，已经创建了一个能够处理具有较大密度差异的两相流量（例如水）的程序，并引入了使用外推法的边界计算以适应复杂的边界条件。此外，计算气体液体边界粘度系数的方法更改为HE等人的方法，以平滑气体连接。此外，到去年，Yan等人的方法添加了以考虑固体表面上的润湿性，从而允许数值模拟计算垂直平板上的单个气泡的行为。为了适应复杂的边界条件，我们对相对于重力方向倾斜的平面上进行了气泡行为的数值模拟，当接触角很小时，气泡从斜坡上升出来，当接触角很大时，气泡沿坡度上升，表明对实际物理现象没有矛盾。另一方面，对于当前的3D15V和SRT模型，很难避免在计算步骤中的平衡分布函数值的不稳定性现象，并且已经很明显该程序的改进是必要的，例如，3D27V模型和MRT的引入以及Inamuro等人的LKS提出的更改。