平成21（2009）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	21−共研−2052		分野分類			統計数理研究所内分野分類			f
						主要研究分野分類			5
研究課題名	微細溝加工を施した鉛直平板を流れ落ちる液膜流の非線形ダイナミクス
フリガナ 代表者氏名	アダチ　タカヒロ 足立　高弘				ローマ字		Adachi Takahiro
所属機関	秋田大学
所属部局	工学資源学部機械工学科
職　　名	准教授
配分経費	研究費	0千円		旅　費		0千円		研究参加者数		4　人

研究目的と成果（経過）の概要

本研究では，エネルギーの有効利用や環境保全対策の一つとして注目されている吸収式冷凍機に着目する. この吸収式冷凍機は，排熱を利用できるので地球環境にもやさしいという利点がある. 一方で，熱源駆動の熱交換システムであるため装置の大型化や起動性能が悪いなどの欠点を持ち，さらなる改良が求められている.

吸収式冷凍機システムの中で，吸収器の改良はシステムの小型化，低コスト化に繋がるため重要である.　そこで本研究では，プレート式吸収器に着目し，鉛直プレートを流下する液膜流の熱輸送特性を数値計算と実験により明らかにする。鉛直平板上を流れる薄い液膜流れを介した平板と周囲との熱輸送では，固体壁に接していない液膜流れの側では自由表面が形成されており容易に波が発生する。このような波動現象や液膜を介した熱輸送現象は，非線形現象の代表的な例である。自由表面で生じた波が不安定な場合には，初めは小さな振幅の波でも時間の経過とともに振幅は大きくなり，最後には液膜が破断することがある。また，ある程度大きな有限振幅の波にはカオスのような不規則的な変動パターンが液膜表面に現れる場合があり，統計的な扱いが必要になる。工学的には，このような流れの乱れを人為的に誘起して伝熱を促進させる目的から鉛直平板上に微細加工を施すことが行われる。

本研究では，平滑面や微細加工を施した平板上を流れる液膜流について数値計算と実験を行う。波状液膜の周期や振動数あるいは熱伝達に関するデータを集め，得られた結果の統計数理解析を行うことで液膜流の表面物性および熱輸送特性と微細加工のピッチ等との関係を明らかにすることが目的である。

平成22年度は、これまで用いてきたVOF法にレベルセット法を組み合せて双方の利点を合わせ持ち欠点を補い合った方法であるCLSVOF(Coupled Level Set and Volume Of Fluid)法を用いて、気相と液相の両方を同時に解く計算手法の開発に取りくんだ。すなわち，CLSVOF法では質量保存を維持するためにVOFで用いられるドナー・アクセプター法の概念を取り入れた流体の移流計算を行う．それと同時に，レベルセット関数の移流計算も行い，滑らかなレベルセット関数を用いて気液界面の法線ベクトルや曲率の値を精度良く求めようとするものである．これにより，質量保存を維持しながら界面形状を精度良く
追跡することが可能となる．今後は、このCLSVOF法の計算手法をもちいて、薄い液膜の流れ全般について応用可能な計算手法に発展させることが課題である。

当該研究に関する情報源（論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等）

1) 足立高弘，人見健太，宮崎大輔：VOF法による気液二相流れと熱伝達の数値シミュレーション，東北大学情報シナジーセンター大規模科学計算システム広報 SENAC 38巻 (2005) 37-48.
2) Takahiro Adachi : Heat Transfer of Liquid Film Flow Falling down Vertical Grooved Plates, Proceedings of the 16th International Symposium on Transport Phenomena(Aug. 29- Sep. 1, 2005, Prague, Czech Republic).
3) 人見健太・足立高弘：矩形溝を有する平板を鉛直落下する液膜の流れと熱伝達．日本機械学会熱工学コンファレンス2005講演論文集(2005)pp.191-192.
4) 足立高弘，人見健太：VOF法による気液二相流れと熱伝達の数値シミュレーション(第２報)
東北大学情報シナジーセンター大規模科学計算システム広報 SENAC 40巻 (2007) 57-67.
5) 足立高弘：CLSVOF法を用いた気液二相流の数値解析手法．秋田大学工学資源学部研究報告 第30号 (2009) 25-34.

研究会を開催した場合は、テーマ・日時・場所・参加者数を記入してください。

特になし。

研究参加者一覧
氏名	所属機関
浅地　野衣	秋田大学
佐藤　直也	秋田大学
宮里　義彦	統計数理研究所