格子ボルツマン法における磁性粒子のブラウン運動誘起のための粘度修正法の検討 The Viscosity-Modifying Method for Activating the Brownian Motion of Magnetic Particles in Lattice Boltzmann Simulations

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著者

    • 佐藤 明 SATOH Akira
    • 秋田県立大学システム科学技術学部 機械知能システム学科 Faculty of Systems Science and Technology, Akita Prefectural University
    • 青島 政之 AOSHIMA Masayuki
    • 秋田県立大学システム科学技術学部 機械知能システム学科 Faculty of Systems Science and Technology, Akita Prefectural University

抄録

磁性粒子サスペンション系の流体問題への適用を図るために,揺動流体力学に基づいた粒子のブラウン運動誘起法に関して,ブラウン運動の誘起レベルの精密化を実現するための粘度修正法に関して詳細に検討した.揺動流体力学の理論では,粘度が大きいほど大きなランダム力が発生するので,粘度の値を修正することでランダム力を妥当なレベルに発生させるのが本粘度修正法の概念である.本研究では熱力学的平衡状態にある3次元の磁性粒子サスペンション系を対象として,モンテカルロ法の結果との比較による凝集構造の妥当性,ならびに,粘度のスケーリング値に及ぼす種々の因子の影響を詳細に検討した.得られた結果を要約すると以下のようになる.まず,磁性粒子の凝集構造に関して,スナップショットおよび2体相関関数による比較から,モンテカルロ法の結果と定性的および定量的に非常によく一致する.また,磁化曲線に関してもモンテカルロ法の結果と非常によい一致を示す.さらに,粘度修正法の特徴としては,粒子間磁気力および磁場の強さにはほとんど依存せず,粘度の修正係数はそれらの変化に対してほぼ一定であり,また体積分率の変化に対しても粘度の修正係数はほぼ一定である.以上より,流れ場および非一様磁場の環境下で,局所的に粒子の体積分率の変化する状態や,印加磁場の非一様性により磁性粒子に働く体積力が系内で変化するような状態が生じる流体問題をシミュレートする方法として,非常に可能性のある方法であると結論づけることができる.

In order to apply the lattice Boltzmann method to a flow problem of magnetic suspensions, we investigated the feasibility of employing a viscosity-modifying method to refine the activation of particle Brownian motion based on fluctuation hydrodynamics. We examined a magnetic suspension in thermodynamic equilibrium to clarify the influences of various factors such as the roughness of a lattice system and the volumetric fraction of magnetic particles on the scaling coefficient of viscosity. Snapshots and pair correlation functions of magnetic particles confirmed that the viscosity-modifying method can show good agreement with the results of Monte Carlo method both quantitatively and qualitatively. This agreement is almost independent of the roughness of a lattice system if a relatively fine lattice system is used. The scaling coefficient of viscosity is almost constant and independent of the strengths of magnetic particle-field and particle-particle interactions, and is also almost constant for the variation of the volumetric fraction for a given lattice system unless a coarse lattice system is used. We conclude from these results that the lattice Boltzmann method with the viscosity-scaling procedure is potentially applicable for simulating a flow problem of magnetic particles under a non-uniform applied magnetic field.

収録刊行物

  • 化学工学論文集 = Kagaku kogaku ronbunshu

    化学工学論文集 = Kagaku kogaku ronbunshu 38(1), 25-31, 2012-03-20

    公益社団法人 化学工学会

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10030160333
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00037234
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    0386216X
  • NDL 記事登録ID
    023618030
  • NDL 請求記号
    Z17-725
  • データ提供元
    CJP書誌  NDL  J-STAGE 
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