高密度比および複雑な固体境界を持つ3次元相場格子ボルツマンモデルに実装された濡れ境界スキーム

科学分野:

• 計算流体力学
• 多相流シミュレーション
• 相場モデリング

背景:

• 大きな密度比を持つ気液固系のシミュレーションは、特に3次元の曲がった固体表面の正確な処理において、課題を提示します。
• 既存の相場格子ボルツマン（LB）法は、複雑な形状の系統的かつ正確な処理に苦労しています。

研究 の 目的:

• 相場LB法のための新しい濡れ境界スキームを開発および検証すること。
• 複雑な固体表面を伴う高密度比（最大1000）の多相流の正確なシミュレーションを可能にすること。
• 新しい濡れダイナミクス現象を探求すること。

主な方法:

• 密度比1000までの処理が可能な相場LBモデルを開発しました。
• 自由エネルギーアプローチを用いて固体境界の位置と法線ベクトルを特定しました。
• 空間依存補間スキームを実装して濡れ条件を課しました。

主要な成果:

• 球上の液滴、管内の毛管上昇、円錐状繊維上の液滴というベンチマークケースを用いて提案手法を検証しました。
• 静的および動的濡れプロセスのシミュレーションにおいて高い精度を示しました。
• 任意に複雑な3次元曲面を処理することに成功しました。
• 円錐状繊維上の液滴ダイナミクスにおいて、2つの新しいべき乗則挙動を観察しました。

結論:

• 提案された濡れ境界スキームは、大きな密度比と複雑な形状を持つ気液固流のシミュレーションにおける限界を効果的に解決します。
• この手法は、多様な濡れシナリオに対して高い精度と堅牢性を達成します。
• このモデルは、濡れダイナミクスの新しい現象の発見に可能性を示しています。