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:
  • 金额:
    $ 2.75万
  • 依托单位:
  • 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。
内聚-张力理论(CTT)被广泛认为是植物中的水传输模型,它基于渗透压(根压)施加于充满水的小管的下端的理论,渗透压为应用于充满水的小管的上端,其理论是,来自叶子的蒸腾作用的张力起作用,并且通过水的内聚力的张力的传递,将水从根输送到叶子,但仍然存在。一些方面还没有完全理解。在本研究中,我们旨在通过使用两相晶格玻尔兹曼 BGK 模型的相场方法开发的数值模拟来验证 CTT 并将该理论应用于工程设备。到目前为止,我们已经使用 Inamuro 等人于 2004 年公布的两相格子玻尔兹曼方法创建了一个可以处理气体和液体之间具有较大密度差的两相流(例如水)的程序。引入方法来适应边界条件。另外,将气液边界处粘度系数的计算方法改为He等人的方法,以平滑气液连接。此外,到去年,我们添加了 Yan 等人的方法来解释固体表面的润湿性,从而可以使用数值模拟来计算垂直平板上单个气泡的行为。今年,为了处理复杂的边界条件,我们对气泡在与重力方向倾斜的平面上的行为进行了数值模拟。当接触角较小时,气泡会上升以脱离斜面。接触角大,气泡沿斜面上升,与实际物理现象相符。另一方面,目前的3D15V和SRT模型,很难避免随着计算步骤的进行,平衡分布函数的值变得不稳定的现象,而3D27V模型和MRT的引入以及由Inamuro 等人 很明显,该程序需要改进,例如改为 LKS。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Thermal Effect on Deformation of Nanofluid-Encapsulated Double Emulsion Droplets Flowing in a Constricted Microchannel
热效应对纳米流体封装双乳液液滴在收缩微通道中流动的变形
  • DOI:
    10.1080/01457632.2021.1943853
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Ren Yong;Huang Yuning;Xie Caoyu;Yan Yuying;Wang Jing;Yamaguchi Tomohiko
  • 通讯作者:
    Yamaguchi Tomohiko
Numerical simulation for a single bubble on the vertical flat surface by an immiscible two-phase LBM
不混溶两相LBM对垂直平面上单个气泡的数值模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Tomohiko Yamaguchi; Satoru Momoki
  • 通讯作者:
    Satoru Momoki
Numerical Simulation for A Bubble on the Vertical Flat Surface by Lattice Boltzmann Model
垂直平面上气泡的格子玻尔兹曼模型数值模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Tomohiko Yamaguchi; Junji Nakatsuka;Satoru Momoki
  • 通讯作者:
    Satoru Momoki
傾斜平板上にある気泡挙動のLBM数値シミュレーションに関する研究
倾斜平板上气泡行为的LBM数值模拟研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    藤村 純也; 桐谷 誠徳; 山口 朝彦
  • 通讯作者:
    山口 朝彦
Thermal Effect on Deformation of Nanofluid-Encapsulated Double Emulsion Droplets Flowing in a Constricted Microchannel
热效应对纳米流体封装双乳液液滴在收缩微通道中流动的变形
  • DOI:
    10.1080/01457632.2021.1943853
  • 发表时间:
    2021-06-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Y. Ren;Yuning Huang;Caoyu Xie;Yuying Yan;Jing Wang;Tomohiko Yamaguchi
  • 通讯作者:
    Tomohiko Yamaguchi
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    佐々木 壮一;山口 朝彦;森高 秀四郎;原田 瑠偉
  • 通讯作者:
    原田 瑠偉

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