Development of mathematical model of thermo-fluid phenomena in microchannel with stochastic connections using determinism and probability theory

使用确定论和概率论开发具有随机连接的微通道中热流体现象的数学模型

基本信息

批准号：
22K18769
负责人：
巽和也
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロ流路内の確率論の事象を伴う現象における局所と全体の特性評価と，その数理モデル開発として，確率連結を有するマイクロ流路内での粒子流れと沸騰現象の計測に向けた実験系の構築と測定を開始した．さらに現象を一元的に表すサーマルコンパクトモデルとしての数理モデルの検証を行うため，流動・伝熱・粒子運動を計算する数値解析プログラムの開発を行った．マイクロ流路では確率現象を簡略化し，可視化できるように周期的な構造を持つ格子状流路を製作した．格子状流路での粒子流れと粒子による流路閉塞，および壁面加熱による沸騰現象の可視化計測と圧力損失測定を行った．数値解析では流路の局所の閉塞および沸騰は確率論の事象として適用する一方，決定論的要素として流路閉塞による流れの変化を解き，それに基づく各箇所の粒子充填・沸騰の発生確率を変化させたモデルを開発した．これにより決定論と確率論に基づく現象の連成解析が可能となる．これらの実験と数値解析による結果は，従来の多孔質体や流路での粒子充填に基づく（ランダム事象に基づく）流動・圧力損失に関する数理モデルを用いて計算した場合と比較した．その結果，充填初期では両者の大きな違いは見られないが，時間の経過とともに充填領域の形状と拡大の特性が両者で大きく異なり，それに合わせて圧力損失の増加率で乖離が見られ，決定論を考慮した場合の方が流路閉塞に要する時間が短くなり，圧力損失の増加率が顕著に増大した．これは実験でも類似する傾向が見られ，決定論的特性を考慮した数理モデルの開発の必要性を明らかにした．これらの成果は国内会議で発表し，さらに2022年度では国際会議と国内会議で発表する．

作为与微通道内随机事件相关的现象的局部和整体特征的一部分，我们开始构建和测量旨在测量具有随机连接的微通道内粒子流量和沸腾现象的实验系统。此外，为了将数学模型验证为一个热表达现象的热模型，我们制定了一个数值分析程序，该程序计算流量，热传递和粒子运动。微流路径简化了随机现象，并使用周期性结构创建了类似晶格的流动路径，以便将其可视化。在晶格状流量路径中的颗粒流动的可视化，由颗粒引起的流动路径阻塞以及由壁加热引起的沸腾现象以及压力损失测量。在数值分析中，局部阻塞和流动路径的沸腾是作为概率理论中的事件应用的，而开发了一个模型，该模型求解了由于流动路径阻滞而引起的流动变化，并且基于此，在每个位置填充粒子填充和沸腾的可能性更改。这使得根据确定论和概率理论结合现象是可能的。将这些实验和数值分析的结果与基于常规多孔物体和流动路径中粒子填充的流量和压力损失（基于随机事件）计算的数学模型进行了比较。结果，尽管两者在填充开始时两者之间没有显着差异，但是随着时间的推移，填充面积的形状和膨胀特性显着差异，并且在考虑到确定性的考虑时间时，观察到偏差的偏差，流动路径封锁所需的时间较短，并且压力损失的增加率增加了。在实验中，这种趋势相似，并揭示了考虑确定性属性的数学模型的必要性。这些结果将在国内会议上提出，并在2022年将在国际会议和国内会议上介绍。