これって混相流?!
皆さま、こんにちは。
IDAJの流体解析エンジニア:ナッピです。
混相流に関しては、以前 石川が「【はじめての流体解析】単相流と混相流」というテーマでご紹介しましたが、今日は、「混相流」についてもう少し解説したいと思います。
まず、ここで問題です。以下の現象は「混相流」でしょうか?「単相流」でしょうか?
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1 砂時計
2 ガス噴射
3 煙
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1 砂時計
答え;
砂時計は、空気(気相)と砂(固相粒子)という複数の相から構成される流れ(混相流)とみなすことができますので「混相流」です。また、この気相と固相粒子の流れを特に「固気二相流」と呼びます。
2 ガス噴射
答え;
ガスエンジン内で実際に起こっているガス噴射を例にご説明します。
空気で満たされた燃焼室に燃料ガスを噴射すると、2つの成分が混合します。しかし、「空気と雨」や「タンク内の液体と空気」、「鍋の中の気泡とお湯」、「霧吹きによる空気中への液体噴射」と違い、明確な界面を持っていません。このような現象をCFD(Computational Fluid Dynamics)で取り扱う場合は、燃料ガスを1つの成分(CFDの世界では化学種と呼びます)とし、それらが混ざりあった混合ガスとして取り扱います。したがって、ガス噴射は単相流にカテゴリーされます。
最近、ガスエンジン筒内の流動・燃焼解析に関するお問い合わせが増えていますので、私たちもよく取り扱う現象です。
3 煙
答え;
空気中に煙がもこもこと上がっていく現象を例にとります。先ほどのガス噴射の話を踏まえると、これも単相流ではないかと思いませんか?
しかし、煙の中には水滴や粉塵が存在しているため、厳密には混相流にカテゴリーされます。ただ、単純に煙がどのように拡散していくかといった、マクロ的な特徴のみに着目するのであれば、単相とみなすことができます。
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