超音速内部流動における相変化を伴う二相流動現象の解明

阐明超声速内流中伴随相变的两相流现象

• 批准号: 22KJ2390
• 负责人: 真部 魁人
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2390/
• 关键词: 圧縮性; 気液二相流; VOF法; 水膜; 数値解析

前年度までに，気液界面を追跡するVOF法を基礎として圧縮性ナビエ・ストークス方程式を二相流問題に拡張し，二相流圧縮性スキームを構築したが，数値拡散の影響で時間積分に伴い気液界面が鈍化してしまう点が課題であった．本年度はまず，昨年度構築した二相流圧縮性スキームに対し，数値拡散を抑制し気液界面幅を一定に保つ手法を導入することにより，同解析手法の強化を図った．具体的には，各相の体積率が階段状の分布をしているという仮定をもとに気液界面の再構築を行うρ-THINC法や，気液界面に対して疑似的な圧縮性を作用させることでシャープな気液界面を維持することのできる界面圧縮法を実装し，気液界面追跡の精度や計算の安定性に対して調査を行った．いずれの手法でも気液界面における数値拡散を抑制し，気液界面を一定の解像度に保持することが示されたが，ρ-THINC法では問題によらず比較的安定して解析を行うことが可能であった．一方，前年度までに開発した二相流圧縮性コードの三次元化にも取り組んだ．なお，蒸気タービンにおいて作動媒体は水蒸気を用いていることから，密度比が1000倍にも及ぶ二相流問題に適用した．基礎的な二相流問題であるDam-Break Problemをはじめ，Shockwave-Droplet Interactionのような超音速条件下における衝撃波を含む流れ場に対しても安定して計算が可能であることが確認された．

直到前一年，我们基于追踪气液界面的VOF方法，将可压缩Navier-Stokes方程推广到两相流问题，并构建了两相流压缩性格式，但由于影响由于数值扩散的影响，时间积分受到影响，导致气液界面变得暗淡。今年，我们首先通过引入抑制数值扩散并保持气液界面宽度恒定的方法来加强去年开发的两相流压缩性方案。具体来说，ρ-THINC方法基于各相体积分数具有阶梯状分布的假设来重建气液界面，并且气液界面的拟压缩性方法我们实现了界面压缩方法。应用 可以保持清晰的气液界面，并考察了气液界面跟踪的准确性和计算的稳定性。结果表明，两种方法都可以抑制气液界面处的数值扩散并保持气液界面的恒定分辨率，但无论出现什么问题，ρ-THINC方法都可以相对稳定地进行分析。另一方面，我们还对去年开发的两相流压缩性代码进行了三维化。由于汽轮机使用水蒸气作为工质，该方法应用于密度比为1000倍的两相流问题。已经证实，对于超音速条件下包括冲击波的流场（例如冲击波-液滴相互作用），包括基本的两相流问题 Dam-Break Problem ．

项目成果

高速気流中の液体薄膜のVOF法を用いた圧縮性二相流動解析

VOF法分析高速气流中液体薄膜的可压缩两相流

• 发表时间: 2021
• 作者: 真部魁人