混合体モデルに基づく圧縮性流体と移動する固体の熱連成計算手法

Abstract

本研究では, 既報で提案した圧縮性流体と固体の熱連成計算手法に改良を加え, 流体と移動する固体の間で密度や比熱, 熱伝導率などの物性値が異なる問題にも適用可能な手法を提案した. この手法では, 多相場を1つの混合体としてモデル化し, 平均化された混合体の基礎方程式に部分段階的な圧縮性流体解法を適用することで, 流体領域の対流と固体内部の熱伝導を統一的に計算する. 固体の物性値については, 多相場の流速や熱流束を計算する段階で考慮される. 提案した手法は, 静止した正方形固体を含むキャビティ内の自然対流に適用され, 加熱面の平均ヌセルト数について既往研究結果との比較を行った. また, 与える温度差を大きくして圧縮性の影響がより顕著となる条件や固体が移動する条件で数値実験を行い, 提案した手法の適用性を検討した.

In this paper, a computational method was proposed for thermal interactions between compressible fluids and moving solids with different physical properties based on the mixture model. In the present method, physical properties of solids are considered in computational stages for heat conduction and velocities of multiphase elds. The present method was applied to natural convection in the cavity containing a square solid and obtained averaged Nusselt numbers on the heated wall were in good agreement with reference results. In addition, applicability of the present method was con rmed for compressible high buoyancy flows and heat transfer around a rotating triangular solid.