一様流中への固液合流噴流の解析

た（水との密度比2.5倍）．固体粒子は体積濃度CV =1%で供給される．ストークス数は，

St=0.87である．重力方向は鉛直下向きである．解析領域は，噴流ノズル径Dに対して，

流れ方向に19D，流れと垂直方向9D×9Dとした．

(3) 解析パラメータ

境界パネルの一辺の長さ ： l_bp /D=0.5～1 境界パネル枚数 ： Nbp=3384 壁面上の速度参照点高さ ： h/D=0.05

流れ解析の時間刻み ： t_fV_main / D=0.25 粒子解析の時間刻み ： t_pV_main /D=0.05 一個の標本粒子が代表する実際の粒子数： Np=8

(4) 解析結果と考察

① 液相流れの様相

液相流れの結果として，渦要素，渦度の等値面，速度の分布を図3.3.1-3，図3.3.1-4 に示す．下壁面から合流した噴流は，主流の影響ですぐに下流方向へ偏向される．合 流後 4D 程度下流までは，円形噴流の形状が明確に見られるが，その後急激に乱れて 強い非定常性が表れている．主流に着目すると，噴流を横切るような流れとなり，円 柱周りの流れと類似した流れとなっている．速度分布の水平断面をみると，噴流後流 にカルマン渦列のような渦構造が形成されており，噴流軸が左右に非定常に揺れる現 象が観察された．

Wall Circular jet

Cross flow

Jet center line

図3.3.1-2. 単相流れの既存実験例

tV/D=10

tV/D=30

tV/D=40 tV/D=10

tV/D=30

tV/D=40

(a) 渦要素分布 (b) 渦度等値面（ωD/V_main=1.2）

図3.3.1-3. 瞬時の渦要素・渦度等値面の分布

0.2 0

α /(Vmain D²)

vf / Vmain

図3.3.1-4. 液相の瞬時の速度分布

tV/D=10

tV/D=30

tV/D=40

tV/D=10

tV/D=30

tV/D=40

(a) Side view (center plane) (b) Top view (y/D=2)

噴流の流入位置 2

0

② 液相流れの比較検証

既存実験[100], [101]には固体粒子挙動の検証データが無いため，液相のみに対して噴流

軸軌跡・速度分布を比較した．比較結果を図3.3.1-5に示す．時間平均特性のみの比較 であるが，定量的に良く一致している．このように，三次元境界要素法に加えて，壁 面からの三次元渦導入を行うことで，三次元内部流解析へ適用できることを確認した．

0 1 2 3 4 5 6

v

/V

y/ D ve rt ic al d is ta nc e

streamwise velocity

-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0 1 2 3 4 5 6

z/D

y/ D

streamwise distance

ve rt ic al d is ta nc e

Jet Cross flow

Jet Cross flow

z/D=3 z/D=5 z/D=10

0 1 0 1 0 1

Numerical data Experimental data

Ramsey & Goldsten Keffer & Baines

図3.3.1-5. 液相流れ場の比較検証

(b) 時間平均速度分布 (a) 噴流軸の軌跡

③ 固体粒子の挙動

瞬時の固体粒子の分布を図3.3.1-6に示す．固体粒子の色は，速度の絶対値を示して いる．固体粒子は噴流のみから流入し，噴流と共に偏向される．下流では液相乱れの 影響で上下・左右に非定常に拡散する様子が観察された．また重力の影響で固体粒子 には常に鉛直下方への力が働き，下壁面をしゅう動する粒子も観察された．ただし，

本条件では堆積する粒子は無かった．

Gravity tV/D=10

tV/D=30

tV/D=40

vp / Vmain

1.5 0.5

図3.3.1-6. 瞬時の固体粒子分布

(a) Side view (b) Top view

3.3.2 固気二相噴流の解析