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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05240212/
• 关键词: 混相流; 液滴; 相互作用; 界面; 乱流; シミュレーション; 界面張力; ウェーバー数; 混相流; 液滴; 相互作用; 界面; 乱流; シミュレーション; 界面張力; ウェーバー数

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。

这项研究旨在开发一种新模型，该模型可以考虑到分散阶段与连续阶段之间的相位接口的变形，以及连续阶段的湍流结构与连续阶段的湍流结构之间的相互作用，尤其是在直接接触蒸发器中，尤其是在油和化学混合物中的分离，以及在此阶段中的持续流动（以及均匀的流动），以及湍流的流动式流动，均匀的流动式流动式流动式流动式流动式流动式流动式流动式流动式流动式流动。在锅炉等中发现的液滴或气泡（以下简称为分散相），并尝试开发一种方法来预测界面附近界面和速度波动的变形。为了确认该方法的有效性，我们集中在接近单滴的二维隔离涡流引起的流动上，可以将其视为模拟真实现象。采用了一种方法，其中使用有限的差异方法分化了基本方程，并根据计算区域内小区域的流体流入和流出量确定了下一个时间步骤中的界面位置。此外，将每个微层次分为与界面梯度有关的情况，并详细检查了由速度梯度引起的压力，界面张力和压力之间的平衡。无量纲的参数“涡流网的数量”是使用修改后的界面张力和隔离涡流作为计算条件的新定义的，并使用此方法检查了计算结果。结果，揭示了当涡旋韦伯的数量较低时，液滴附近的液体流量显着变化，并且观察到了液滴的变形。基于其他人的气泡流的测量结果，我们估计了一个气泡对气泡流中连续液相的湍流能量的影响，并发现当湍流能量定义的“湍流Webers”数量很小时，湍流能量会增加。这与本研究的计算结果一致。使用本研究中开发的方法，即使连续相具有随机速度场，也可以获得类似的结果。