高温素材プロセッシング

[PY-55] マルチフェイズ粒子法による気液液系混相流挙動の3次元解析

夏井俊悟, 菊地竜也, 鈴木亮輔,^○髙井比文 (北海道大学大学院)

Keywords:Moving Particle Method, Multiphase, Emulsion, 3D

製鋼、製銅など製錬プロセスの効率化には、炉内での気泡を含む混相流挙動の把握が重要である。高温場での直接観察や実炉実験は困難であるため、数値解析による非経験的な現象の予測が有効であるが、複雑な気泡の分散・結合挙動の直接解析は未だ難しい問題である。粒子法は、自由表面を含む流体運動を記述でき、分散相流動解析への適用が期待できる。一方で粒子法の課題として、気液混相流の解析における密度差による計算不安定性が挙げられる。本研究では、気泡を含む混相流挙動の解析が可能なマルチフェイズ粒子法を用いて、各物性値および気泡サイズが混相流挙動へ及ぼす影響を検証する。本研究では、気－液－液3相に計算を適用するため、粒子初期配置を最密化し、2液界面の相互作用モデル、気液界面には共有型界面モデルを新たに開発した。また、下半部に水、上半部にオイルを満たした容器内で、水中に存在する気泡が水－オイル界面を突破し上昇していくモデルについて冷間実験を行い、同スケールのシミュレーションと比較し、モデル精度を検証した。