第 3 章 混相内部流への適用と検証
3.4 相間相互作用を考慮した解析（Two-way 解析）
3.4.1 固体粒子群の自由沈降流の解析（二次元解析）
(3) 解析パラメータ
境界パネルの長さ ： lbp /D=0.1 境界パネル枚数 ： Nbp=400
流れ解析の時間刻み ： tfVfreefall/D=0.05 粒子解析の時間刻み ： tpVfreefall /D=0.01 一個の標本粒子が代表する実際の粒子数： Np=1
Two-way用の計算格子幅 ： ltwo way / D=0.1
（Vfree fallは単一粒子の終端沈降速度）
(4) 解析結果と考察
① One-way解析とTwo-way解析との比較
固体粒子群の沈降挙動に関して，One-way解析とTwo-way解析との比較を図3.4.1-2 に示す．Tは無次元時刻であり，T=t Vfree fall /Dである．
One-way解析では，固体粒子の運動に伴って発生する液相の変化を再現することが
できないため，タンク内の液相は静止したままである．
液相の変化がないため，個々の固体粒子は重力によってのみ自由沈降する．そのた め，固体粒子群は初期形状を保ったまま変形しない非現実な結果となる．
Two-way解析では，二相間相互作用によって，固体粒子の運動に伴って液相に流れ
が誘起される．固体粒子によって液相流れが誘起される様子について，渦要素分布，
渦度分布，速度分布の時間発展を図3.4.1-3に示す．粒子群の沈降によって静止してい た液相が下方に引きずられ，粒子群の近傍に循環流が形成・発達する様子が捉えられ た．粒子群は，周囲の粒子がそれぞれ誘起する流れの影響を相互に受けながら沈降す る．前方に位置する粒子は強い流体抗力を受け減速するが，後方の粒子は前方の粒子 のウェイク内に入るため落下速度が加速する．このように，沈降初期に円形であった 粒子群は，液相内に循環流を誘起し，それに伴って横方向に引き伸ばされ，下に凸な 形状に変形した．
T=0
T=2
T=4
T=6 T=8
vpy /Vfree fall
vpy /Vfree fall
T=0 T=2
T=4
T=6 T=8
図3.4.1-2. 固体粒子群の沈降挙動
(a) One-way解析 (b) Two-way解析
図3.4.1-3. 固体粒子群の沈降によって液相流れが誘起される様子 (a) 渦要素分布
vfy /Vfree fall
D/Vfree fall ωD/Vfree fall
(b) 渦度分布 (c) 速度分布
T=2
T=4
T=6
T=8
② 本解析手法と既存解析例との比較
本解析結果と既存解析結果（DEMによる解析）[109]との比較を図3.4.1-4に示す．固 体粒子投入初期から準定常に到るまで，固体粒子群の変形形状，および固体粒子が誘 起する液相流れの発生・発達の様子に関して，本解析と DEM による解析結果が概ね 一致することを確認した．これにより，相間相互作用が支配的な中・高濃度の粒子流 に対して，本手法を有効に適用できることを示すことができた．
(b) 準定常域：T=5
図3.4.1-4. 固体粒子群の沈降挙動の比較
(a) 投入初期：T=3
本解析結果 DEMによる解析結果 本解析結果 DEMによる解析結果