温度こう配のある液体中での気泡の運動に関する研究

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温度こう配のある液体中の気泡の運動を明確にする目的で、平成8年度は単一気泡が高粘性シリコーンオイル中を上昇する際の気泡の運動を気泡径および温度こう配をいろいろ変えて調べるとともに、気泡に働く浮力とマランゴニ力を考慮した解析を行った。この過程で、気泡に働くマグナス力を明らかにする上で、さらに複数個の気泡が存在する場合の互いの気泡間の干渉を明確にする上でも気泡周りの流れ場を調査する必要が生じた。これらの点を考慮し、平成9年度は1.PIV法とホログラフィ干渉法を用いて、気泡の流れ場と温度場を明らかにする。2.気泡に働くマグナス力を明確にする。の2点を目的として研究を行った。まず、気泡の運動が観察可能な矩形断面をもつ温度制御付実験装置を用い、気泡の周りの流れ場と温度場の様子を調べた。次いで気泡周りの流速分、圧力分布および温度分布より、気泡に作用するマグナス力を解析した。以上の結果、以下の知見を得た。(1)気泡が冷却面側から加熱面側に向かってドリフト運動する際、気泡の周りの流れは非対象となる。(2)気泡周りの流れの非対称性により、気泡に働く圧力分布は左右で異なり、これに起因したマグナス力が気泡に作用する。(3)気泡に働くマランゴニ力とマグナス力を比較した結果、マグナス力はマランゴニ力のおよそ0.5%程度と小さく、ドリフト運動の駆動力はマランゴニ力が支配的である。(4)気泡径が2mm以上になると、ドリフト速度は実験値が解析値を上回る。この原因はおもに気泡の変形に伴ってマランゴニ力が増加することによる。(5)気泡周りの流れの境界層厚さはおよそ2.5mmであり、気泡間の距離が5.0mm以下に近づくと気泡間の干渉が生じる。以上のことより、温度こう配のある気泡の運動に果たすマランゴニ力とマグナス力の作用が明らかになった。今後はさらに気泡の変形を考慮した解析について検討していく。