Mesoscale numerical methods for elucidating cavity effects in boiling

阐明沸腾空腔效应的介观数值方法

基本信息

批准号：
22K14201
负责人：
齋藤慎平
金额：
$ 2.91万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は，沸騰過程における気泡核生成から成長，離脱といったマルチスケール現象を一貫して扱うことのできるメゾスケール数値解析法の確立にある。2022年度においては，混相系を扱うための格子ボルツマン法についてレビューし，いくつかのモデルについて数値計算プログラムを作成し，それらの特徴を数値的に調べた。また，高速計算を実施するため，計算プログラムのMPI並列実装を行い，今年度導入したワークステーション上での計算により，並列化効率が良好であることを確認した。密度比の異なる二相を扱うColor-gradientモデルや自由エネルギーモデルにおいて，巨視的な方程式に現れる誤差項を同定し，これを相殺するための平衡分布関数を導出した。3次元空間においては，Maxwell-Boltzmann分布について，６次までのHermite展開を用い，さらに理想状態からのずれを補正するための項を導入した。これにより，層状Poiseuille 流れで従来見られていた速度プロファイルにおける解析会のずれが修正されることを確認した。導出した平衡は速度に関する６次の項を含む煩雑な形式であるが，位相空間から中心モーメント空間に移すことにより，27の要素のうち８つのみが非零ので，かつ，そのいずれも速度成分に依存したい簡潔な形式の平衡（モーメント）となることがわかった。中心モーメントによる衝突演算は，低い動粘性係数においても高い安定性を示すことが知られており，パラメータもより広範に設定できると考えられる。

这项研究的目的是建立一种中尺度的数值分析方法，该方法可以始终如一地处理多尺度现象，例如在沸腾过程中的气泡成核，生长和戒断。在2022财年中，我们回顾了用于处理混合相系统的晶格玻尔兹曼方法，为多种模型创建了数值计算程序，并通过数值检查了它们的特性。此外，为了执行高速计算，实施了计算程序的MPI并行实施，并且对工作站的计算今年证实了并行化效率良好。在处理两个具有不同密度比的阶段的颜色梯度和自由能模型中，我们确定了出现在宏观方程中的误差项，并得出了平衡分布函数以取消这些函数。在3D空间中，将Maxwell-Boltzmann分布用于Hermite扩展最高第六阶，并引入了一个术语以纠正与理想状态的偏差。这证实了先前在分层Poiseuille流中看到的速度曲线中分析会话的偏差已得到纠正。派生的平衡是一种复杂的形式，其中包括有关速度的第六阶项，但是从拓扑空间转移到中心矩空间，发现27个元素中只有八个不是零的，并且它们都成为一个简单的平衡形式，希望依赖速度分量。已知使用中央力矩的碰撞计算即使在低运动粘度系数下也表现出较高的稳定性，并且认为参数可以更广泛地设置。