핵심 개념
界面活性剤の濃度分布に起因するマランゴニ効果を正確に捉えるため、プロファイル保存型フェーズフィールドモデルを開発し、界面活性剤の質量保存性を向上させた。
초록
本研究では、二相流における界面活性剤の輸送と マランゴニ効果を効果的にシミュレーションするための新しいモデルを開発した。
主な特徴は以下の通り:
プロファイル保存型フェーズフィールド法を用いて、界面プロファイルを正確に維持し、正則化デルタ関数の計算精度を向上させた。これにより、界面活性剤の質量保存性が向上した。
界面拘束スカラーモデルに基づいて、界面活性剤輸送方程式の拡散界面形式を導入した。この定式化では、正則化デルタ関数の勾配が小さくなるため、数値拡散を低減できる。また、半陰解法を用いて時間ステップ制限を緩和した。
自由エネルギーモデルと連続表面力モデルを組み合わせた新しい ハイブリッド表面張力モデル(FECSF)を提案した。これにより、密度比や粘性比が大きい二相流における表面張力の計算精度が向上した。
数値検証では、界面活性剤濃度の保存性、定常球面上での拡散、静止滴における擬似流れの抑制などを確認した。さらに、せん断流中の滴変形や界面活性剤を含む液体フィラメントの収縮・振動挙動を解析し、マランゴニ効果の影響を明らかにした。
통계
界面活性剤濃度の質量保存誤差は最大で10^-5以下を達成した。
静止滴における最大擬似流速は、FECSF モデルが従来のCSFモデルに比べて小さかった。
인용구
「プロファイル保存型アプローチにより、界面プロファイルを正確に維持し、界面活性剤の質量保存性を向上させることができた」
「ハイブリッド表面張力モデル(FECSF)は、密度比や粘性比が大きい二相流における表面張力の計算精度を高めた」