複雑構造周りにおける液滴蒸発後の溶質膜形状制御因子の解明

复杂结构周围液滴蒸发后控制溶质膜形状的因素的阐明

基本信息

批准号：
22K20397
负责人：
杉本真
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は，1)固気液三相の温度場，気相中の溶媒濃度場，液相中の溶質濃度場，および液相の蒸発の全てを同時に解析可能な，汎用的気液混相流解析ツールの開発，2)開発した手法を用いた複雑構造周りにおける液滴蒸発後に形成される三次元溶質膜形状の制御因子の解明の二点である．2022年度には目的1)のうち，界面の大変形を伴い，かつ気液間の熱容量比が大きい気液二相流現象を取り扱うことが可能な，気液二相熱流動シミュレーション手法の開発を行った．本研究では，複雑構造周りにおける界面の大変形の計算に適した二相系格子ボルツマン法をベースとして手法開発を行った．開発した手法の計算精度を検証するために，周囲の気体と等速で運動する液滴のシミュレーションを行った．このとき，気液の密度比が大きい場合には，界面周りの速度場に大きな誤差が生じ，加えて熱容量比が大きい場合には，液滴周りで非物理的な温度分布を示すことがわかった．この問題は計算スキームがガリレイ不変性を満足していないことに起因すると考え，高次精度でガリレイ不変性を満足するキュムラント格子ボルツマン法を実装することで，問題の解決を図った．これにより，液滴周りの非物理的な温度分布の発生を抑制することができた．また，表面張力を考慮した計算では，表面張力の計算誤差に起因して，気液界面周りの速度誤差も大きくなった．そこで，従来手法において用いられる複数の表面張力モデルについて，計算精度の評価を行い，生じる速度誤差の小さい表面張力モデルならびに差分スキームの提案を行った．

这项研究的目的是1）开发通用气体混合相流相分析工具，该工具可以同时分析固体三相固液固液三相三相的所有温度场，即在液体相和液体相位的溶液浓度和2）EL的溶液相中的溶剂相位溶剂浓度场，以及2）使用开发的方法在复杂结构周围液滴蒸发后形成的三维溶质膜。在2022财年，我们开发了一种气体液体两相热流仿真方法，该方法涉及界面处的大变形，并可以处理气体液体液体较高的热容量比的气体 - 液体两相流量现象。在这项研究中，我们开发了一种基于两相晶格玻尔兹曼方法的方法，适用于在复杂结构周围的接口处计算大变形。为了验证开发方法的计算精度，我们对周围气体和液滴进行了模拟，以恒定的速度移动。目前，发现气体液体的密度比很大时，界面周围的速度场发生了很大的误差，并且当热容量比大时，显示了液滴周围的非物理温度分布。这个问题归因于以下事实：计算方案不满足伽利略的不变性，我们试图通过实施累积的晶格玻尔兹曼方法来解决该问题，该方法以高订单精度满足了Galilei不变性。这阻止了液滴周围的非物理温度分布的产生。此外，当计算表面张力考虑表面张力时，由于表面张力的计算误差，气体液体界面周围的速度误差也会增加。因此，我们评估了在常规方法中使用的多个表面张力模型的计算精度，并提出了一个具有较小速度误差和差异方案的表面张力模型。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

気液混相流の格子ボルツマンモデリングおよび複雑構造周りの流体挙動解析

气液多相流的格子玻尔兹曼建模和复杂结构周围的流体行为分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yu Xia;Nozomu Hashimoto;Osamu Fujita;杉本真
通讯作者：
杉本真

Phase-field法における表面張力モデルおよび差分スキームの検討

相场法表面张力模型和差分格式的研究

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Toba Y.;Yamada S.;Matsubayashi K.;Terao K.;Moriya A.;Ueda Y.;Ohta K.;Hashiguchi A.;Himoto K. G.;Izumiura H.;Joh K.;Kato N.;Koyama S.;Maehara H.;Misato R.;Noboriguchi A.;Ogawa S.;Ota N.;Shibata M.;Tamada N.;Yanagawa A.;Yonekura N.;Nag;Satoshi Yamada;Satoshi Yamada;Satoshi Yamada;杉本真，金田昌之，須賀一彦
通讯作者：
杉本真，金田昌之，須賀一彦

Development of Thermal Lattice Boltzmann Method in Transforming Liquid

热晶格玻尔兹曼法在液体转化中的发展