地域冷房における氷水混相流の閉塞現象の解明

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1.目的と実施内容:現在開発が進められている氷水混相流冷熱輸送の管路において縮小部、分岐部、弁などの管路要素で氷粒子が圧密されて栓状の塊となりこれにより管路の閉塞が発生する事が知られている。本研究はこの閉塞現象を解明しこれを予測、回避する方法を見出すことを目的として下記の事項を実施した。(1)要素実験:氷粒子・水スラリーにおける圧密型の閉塞は、ある形状の管路要素について粒子の性質・氷分率・流速の特定の条件下で発生すると考えられる。そこで、管路とは独立した個別要素の閉塞実験装置を製作した。これを用いて、管オリフィスにおける閉塞発生過程を観察し、同時に、圧力・流速・氷分率の測定を行い閉塞の発生条件を求めた。(2)氷粒子の付着性の評価:対象となる氷粒子の付着性を評価するため、円柱形の粒子塊の圧縮試験を行い、これにより付着性の目安として降伏圧縮応力を求めた。(3)管路系における閉塞実験:上述の要素実験で調べたオリフィスをボルテックスポンプによる輸送管路に取り付け、この閉塞の発生過程と発生条件を調べた。2.本研究の成果(1)氷粒子が細かい場合、オリフィス径がある値以下になると圧密型閉塞が発生する。その限界条件は、流速と初期氷分率により与えられ、圧縮試験により得られる付着力の強い粒子ほど閉塞しやすい。(2)要素実験で得られた閉塞発生条件は、ポンプ・管路系に取り付けたオリフィスの発生限界とよく対応する。したがって、本研究で製作された要素実験装置により管路の閉塞が予測できることが示された。