相界面の変形を考慮にいれた分散性混相乱流のモデリング

考虑相界面变形的分散多相湍流建模

基本信息

批准号：
05240212
负责人：
萩原良道
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、直接接触蒸発器、油・化学薬品の混合物の分離抽出、ボイラーなどに見られる不溶性液滴あるいは気泡(以下分散相と呼ぶ)を含む液体乱流(以下連続相乱流)を対象として、分散相と連続相との相界面の変形、および界面とその近傍の連続相の乱流構造との相互作用、を考慮できる新しいモデルの開発を行うことを目的とし、とくに界面の変形および界面近傍の速度変動の予測法の開発を試みた。手法の有効性を確認するために、実際現象を模擬するとみなせる、単一の液滴に接近する2次元孤立渦により誘起される流れに注目した。有限差分法により基礎方程式を差分化し、計算領域内の微小領域での流体の流入・流出量をもとに次の時間ステップにおける界面位置を定める方法を採用した。さらに各微小領域について、界面の勾配に関する場合分けを行なったうえで、速度勾配による応力、界面張力、圧力のつりあいを詳細に検討した。計算条件として変更した界面張力、孤立渦の循環を用いて無次元パラメータ「渦ウェーバー数」を新たに定義し、これを用いて計算結果に検討を加えた。その結果、渦ウェーバー数が低い場合には液滴近傍の液体流動が著しく変動すること、液滴の変形が認められること、を明らかにした。他者の気泡流の計測結果をもとに、気泡流における連続液相の乱れエネルギーへの1個の気泡を影響を見積ったところ、乱れエネルギーにより定義される「乱流ウェーバー数」が小さい場合に乱れが増進されることを得た。このことは、本研究の計算結果と定性的に一致する。本研究で開発した手法を用いて、連続相がランダムな速度場を有する場合にも同様の結果が得られることを得た。

本研究重点关注含有不溶性液滴或气泡（以下简称分散相）的液体湍流（以下简称连续相湍流），这种湍流存在于直接接触式蒸发器、油/化学品混合物的分离和萃取、锅炉等中As，分散相和连续相。目的是开发一种新的模型，可以考虑相界面之间的变形，并尝试制定规律。为了证实该方法的有效性，我们重点研究了二维孤立涡流接近单个液滴引起的流动，这可以被认为是模拟真实现象。采用有限差分法对基本方程进行微分的方法，根据计算域内微小区域内的流体流入和流出量来确定下一时间步的界面位置。此外，对于每个微区域，我们根据界面的梯度划分情况，然后详细检查由速度梯度引起的应力、界面张力和压力的平衡。以改变的界面张力和孤立涡流的环流作为计算条件，定义了一个新的无量纲参数“涡韦伯数”，并用它来检验计算结果。结果发现，当涡旋韦伯数较低时，液滴附近的液体流动发生显着变化，液滴发生变形。根据别人气泡流的测量结果，我们估计了单个气泡对气泡流中连续液相的湍流能量的影响，发现当湍流能量定义的“湍流韦伯数”较小时发现湍流增加了。这与本研究的计算结果定性一致。使用本研究中开发的方法，我们发现当连续相具有随机速度场时可以获得类似的结果。