流体の圧縮性を考慮した凍結・融解を伴う固気液混相流の数値解析手法

考虑流体压缩性的冻融固-气-液多相流数值分析方法

• 批准号: 15J08558
• 负责人: 鳥生 大祐
• 金额: $ 0.32万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J08558/
• 关键词: 流体・固体熱連成; 圧縮性流体; 多相場解析手法

本研究では、流体密度の温度、圧力依存性を考慮した、圧縮性流体・固体の熱連成計算手法を構築した。この手法では、圧縮性流体と固体からなる多相場を１つの混合流体としてモデル化するため、相間に境界条件を与える必要がなく、単純な直交構造格子を用いて流体と任意形状の固体間の熱移動を統一的に計算できる。固体が流れ場に与える影響は、各相が計算格子内に占める体積割合に基づいた流速の平均化操作によって考慮される。混合流体の基礎方程式は低マッハ数流れにも適用可能な圧縮性流体の解法によって解かれる。この解法では、基礎方程式の移流、拡散、圧力項を分離して部分段階的に変数を更新する。この中で、圧力項の計算を陰的に行うことで、音速に基づくCFL条件を緩和する。本研究では特に、保存形式の基礎方程式を用いて質量保存則を高精度に満足しつつ、音速に基づくCFL条件に拘束されずに自然対流などの低マッハ数流れを高速に計算できる解法を新たに提案した。また、固体の影響を考慮するための平均化操作についても、計算の安定性を損なわず妥当な解が得られる手法を検討した。以上、提案した解法の有効性を確認するために、(A)固体周りの高マッハ数流れ、(B)圧縮性流体と固体の共存場における熱伝達問題を計算した。項目(A)では、固体周りの圧縮領域が妥当に再現され、流体の圧力依存性を適切に評価できることを確認した。項目(B)では、流体領域における対流と固体内部の熱伝導を統一的に計算できることを確認した。加えて、質量保存則が高精度に満足されること、音速に基づくCFL条件に拘束されずに高速な計算が可能であることも確認した。研究代表者の学位取得による特別研究員の辞退に伴い、当初２年計画であったものが１年に短縮されたため、凍結・融解モデルの実装には至らなかったが、上記、圧縮性流体・固体の熱連成計算手法については一定の成果が得られたものと考える。

在这项研究中，我们已经构建了一种用于可压缩流体和固体的热耦合计算方法，并考虑了流体密度的温度和压力依赖性。在该技术中，将由可压缩流体和固体组成的多相场建模为单个混合流体，因此无需提供相之间的边界条件，并且可以使用简单的正交结构晶格来计算液体和固体的任意形状之间的热传递。通过根据计算出的晶格中每个相的体积分数平均流速来考虑固体对流场的影响。混合流体的基本方程是通过可压缩流体的溶液来求解的，这也可以应用于低马赫数流。该解决方案将基本方程式的对流，扩散和压力项分开，以部分阶段更新变量。在这种情况下，通过隐式计算压力项来放松基于声音的CFL条件。在这项研究中，我们提出了一种新解决方案，该解决方案允许高速计算低的马赫数流，例如自然对流（例如自然对流），同时使用保护格式的基本方程式以高精度满足保护定律，同时还允许高速计算低马赫数流的高速计算，例如自然对流，例如自然而然的情况，而无需基于声音的CFL条件，而不是基于声音的速度。此外，我们还研究了一种提供合理解决方案的方法，而不会损害考虑固体影响的计算的稳定性。为了确认所提出的溶液的有效性，我们计算了（a）围绕固体的高马赫数流动，（b）可压缩流体和固体共存中的传热问题。在项目（a）中，可以确认固体周围的压缩区域是合理地复制的，并且可以正确评估流体的压力依赖性。在项目（b）中，可以统一地计算出流体区域中的对流和固体内部的热导率。此外，已经证实，质量保护定律对高精度满意，并且可以根据声音速度受到CFL条件的束缚，可以进行高速计算。随着特别研究人员从主要研究者获得学位后的撤回，最初的两年计划减少到一年，冻结模型未实施，但我们认为，通过上述方法可以通过上述方法计算可压制的流体和固体来实现某些结果。

项目成果

局所平均化操作を伴う部分段階圧縮性流体解法におけるCFL条件の緩和手法

局部平均运算的部分步可压缩流体求解方法中CFL条件的松弛方法

• 发表时间: 2015
• 作者: 鳥生 大祐;牛島 省
• 通讯作者: 牛島 省

Computational method for interactions between compressible fluids and solids with thermal conductivity

可压缩流体与固体之间相互作用的热导率计算方法

• 发表时间: 2015
• 作者: D. Toriu;S. Ushijima
• 通讯作者: S. Ushijima

COMPUTATIONAL METHOD TO IMPROVE CFL CONDITIONS IN FRACTIONAL-STEP METHOD FOR COMPRESSIBLE FLUIDS WITH LOCAL AVERAGING

局部平均可压缩流体分步法中改善 CFL 条件的计算方法

• DOI: 10.2208/jscejam.71.i_213
• 发表时间: 2015
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM))
• 作者: 鳥生 大祐;牛島 省
• 通讯作者: 牛島 省