B203 格子ボルツマン法によるせん断流中の液滴の変形・分裂シミュレーション(LBMによる流体解析)
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概要
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The lattice Boltzmann method for multicomponent immiscible fluids with the same density is applied to the simulations of drop deformation and breakup in shear flows and the effect of the Reynolds number on the drop behavior is investigated. In the method, two particle velocity distribution functions are introduced. Swift et al. model is used as an index function for calculation of interface profiles, and the other distribution function is introduced for the calculation of pressure and velocity of the fluid. In the simulations, a drop in a suspending fluid between two parallel walls is considered. At t=0 the top and bottom walls begin to move with velocities u_w and -u_w, respectively. The three dimensionless parameters of the present problem are the Reynolds number Re, the capillary number Ca and the viscosity ratio. The other parameters are changed so that Re=0.20, 1.0 and 10, and 0.10≤Ca≤0.45. Both the density and the viscosity ratio between the drop and the suspending fluid are assumed to be unity. From the results of simulations, it is seen that the drop deforms more slowly as Re increases and that the drop deforms into an elongated ellipsoidal shape more largely as Ca increases. In the cases of Re=1.0 and 10, the drops are ruptured at Ca=0.30 and 0.20 respectively, although for Re=0.20 and at Ca=0.30 and 0.20 the drops maintain the ellipsoidal shapes. Hence, it is found that there exists clearly the effect of the Reynolds number on drop deformation and breakup besides the effect of the capillary number. Also, the present drop deformations D are compared with the existing experimental, numerical, and theoretical results for very low Reynolds numbers (Re<10^<-3>). The drop deformation D of the present results for Re=0.20 and at Ca=0.10, 0.20 and 0.30 agrees well with that of the existing results. However, the present drop deformation for Re=0.20 and at Ca=0.40 is a little larger than the other results for very low Reynolds numbers. Also, at Re=0.20 and Ca=0.45, the drop is ruptured, while for very low Reynolds numbers the drops maintain an ellipsoidal shapes. It is found that this difference is due to the effect of the Reynolds number. The present results for Re=1.0 and 10 also show the similar effect of the Reynolds number, and the effect becomes larger as the Reynolds number increases. Namely, the drop is easier to deform and to be ruptured as the Reynolds number increases.
- 一般社団法人日本機械学会の論文
- 2001-11-14
著者
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