固体－流体混合系における物質輸送及び構造形成に潜む普遍的機構の解明

阐明固液混合系统中质量传输和结构形成的普遍机制

基本信息

批准号：
14J03528
负责人：
新屋啓文
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

粒子の空気輸送メカニズムを解明するため，これまでに平均風速場の計算と個々の粒子計算を組み合わせた理論モデルを構築した．本年度は，既存成果の主要因特定のため詳細な物理量の解析①と②に加え，理論モデルの３次元乱流場への拡張③について，以下の通り実施した．①1964年に提唱されたOwenの仮説を検証するため，粒子が飛散し始める臨界近傍における流体・粒子剪断応力の風速依存性について調べた．粒子輸送下で発生する粒子応力は，下降・上昇粒子の総運動量の差から算出される．その結果，流体と粒子応力の和は全ての風速条件で空間一様であったため，風速に対する粒子応力の変化が地表面応力特性の要因と特定された．さらに，粒子応力の風速依存性は，跳躍粒子の粒度分布変化によって説明されることを明らかにした．②跳躍粒子と地表面の衝突であるスプラッシュ過程を，既存の単一スプラッシュ実験に基づき再構築し，飛散粒径に応じた輸送形態の変化について調べた．その結果，粒子の運動形態は，粒径100 μmを境に跳躍から浮遊へ遷移し，既存の観測や実験結果と対応することを示した．さらに，スプラッシュ過程の再構築に伴う粒子運動の改善は，衝突速度に非依存した鉛直方向の反発係数によって生じたことを明らかにした．③風速場の空間不均一性による輸送の非定常ダイナミクスを理解するため，Large-Eddy Simulationによる乱流計算手法とスプラッシュ関数を用いた粒子計算手法を連成させた新たな粒子の乱流輸送モデルを開発した．そして，一定速度の壁面駆動による風速場の下，粒径100 μmの場合に生じる粒子の乱流輸送構造を調べた．その結果，主風向に沿った筋状の空間構造が，局所的に取り込まれた粒子によって形成された．さらに，この構造は時間的に輸送の発生と停止を繰り返す間欠性を示すことを明らかにした．

为了阐明颗粒的空气传输机制，已经构建了一种结合平均风速场和单个粒子计算的理论模型。在这个财政年度，除了现有结果的特定因素外，除了对详细的物理量的分析外，还将理论模型扩展到三维湍流（3）。（1）为了验证1964年欧文提出的假设，我们检查了颗粒开始散布的王朝附近的流体和颗粒剪切应力的风速依赖性。根据颗粒传输产生的粒子应力是根据降落和上升颗粒的总动量差异计算的。结果，在所有风速条件下，流体和颗粒应力的总和是一个均匀的空间，因此将颗粒应力变化对风速的变化被确定为地面应力特征的一个因素。此外，揭示了颗粒应力的风速依赖性是通过跳跃颗粒的颗粒分布来解释的。（2）基于现有的单个飞溅实验对跳跃颗粒和地面之间的碰撞，这是跳跃颗粒与地面之间的碰撞，并根据散射的粒径检查了运输形式的变化。结果，颗粒的运动形式表明，粒度从跳跃到浮动的转变，它与现有的观察结果和实验结果相对应。此外，揭示了与飞溅过程重建相关的粒子运动的改善是由碰撞速度的非依赖性垂直排斥系数引起的。（3）为了理解挡风玻璃中空间不平衡引起的不平衡运输动力学，这是一种新的粒子湍流传输模型，使用大涡模拟使用湍流计算方法，并使用溅起函数进行了粒子计算。在一定速度的壁驱动速度下，在粒径为100μm的情况下发生的颗粒的湍流运输结构。结果，根据主要风向形成了条纹形状的空间结构，由局部成立的颗粒形成。此外，这种结构揭示了它显示间歇性的间歇性，可以重复运输并随着时间的流逝而停止。