“複雑すぎて不可能”を突破:堆積物を含む流体の混合を高精度でモデル化

2026-03-11 沖縄科学技術大学院大学

沖縄科学技術大学院大学(OIST)とトリノ大学の研究チームは、堆積物を含む流体と含まない流体の混合過程を高精度に再現する大規模流体シミュレーションを実施し、粒子を含む流体混合の統一的な理論モデルを提案した。研究では10万個の粒子と数億の計算格子を用いた3次元計算により、粒子と流体の相互作用を考慮したナビエ–ストークス方程式を解き、沈降粒子が周囲の流体を巻き込んで堆積物プルームを形成し混合速度を加速させる仕組みを解明した。成果は雨粒の落下、河口の堆積物拡散、超新星残骸の物質拡散などの理解を進めるとともに、廃水処理、化学精製、環境保全など多分野の流体工学への応用が期待される。

“複雑すぎて不可能”を突破:堆積物を含む流体の混合を高精度でモデル化
10万個の球状粒子と数億点の3次元流体格子からなる、重力によって下方へ沈降する流体シミュレーションのレンダリング画像。© タンドゥレラほか(2026年)より改変

<関連情報>

乱流沈降における新しい混合形態 New Form of Mixing in Turbulent Sedimentation

Simone Tandurella, Marco Edoardo Rosti, Stefano Musacchio, and Guido Boffetta
Physical Review Letters  Published: 11 March, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/tc5z-rxcf

Abstract

We study the sedimentation of finite-size inertial particles in a Rayleigh-Taylor-like setup using state-of-the-art direct numerical simulations. The falling particles are observed to produce two distinct regions: a leading mixing layer with a linear concentration profile followed by a bulk region of uniform density. Unlike classical RT turbulence, the mixing layer extension accelerates with an anomalous, noninteger exponent, while the bulk region moves at a constant velocity. A one-dimensional model based on a local hindered settling law accurately captures the observed dynamics and its dependence on the particle-to-fluid density ratio. The present Letter identifies a new regime of convective mixing which develops at the front of particle suspensions in sedimentation processes.

0106流体工学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました