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マイクロチャンネル管群内気液二相スラグ流を用いた高効率流体輸送システムの基礎研究

微通道管内气液两相段塞流高效流体输送系统基础研究

基本信息

批准号：
12875043
负责人：
片岡勲
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロチャンネル内の気液二相流の特性を利用して、わずかな吐出圧で液体を高い位置まで効率的に輸送する装置の開発とそのために必要となるマイクロチャンネル内気液二相流の流動特性の研究を行った。まずマイクロチャンネル内の液体スラグの静的な特性についての実験と解析を行った。マイクロチャンネル内では表面張力により液体スラグは外力を加えることなく保持される。これは、液体スラグの上下面の後退接触角と前進接触角の差によるものであり、液体スラグの長さと、接触角の関係を実験的に測定した。液体スラグな長くなるにつれ前進接触角は大きく増加し、後退接触角はわずかに減少した。この測定結果は、表面張力と重力のバランスからの液体スラグの界面形状の解析結果と良い一致を示した。また、固体(この場合にはガラス)表面のわずかな性状の違いにより、接触角、液体スラグの保持特性が大きく影響を受けることが明らかとなった。次に、マイクロチャンネル内に気液二相スラグ流を流動させ、ボイド率、スラグ速度を様々に変化させて、気液界面構造の観察並びに、摩擦圧力損失を測定した。その結果、マイクロチャンネル内の摩擦圧力損失は、液体スラグ部分の剪断力による圧力損失のみではなく、気液界面における圧力損失も考慮する必要があることが明らかとなった。気液界面における圧力損失は気液界面の数と界面の速度の関数となり、また、界面の接触角は、静止状態のスラグと大幅に異なり、スラグ先端では接触角が90度、スラグ後端では、スラグ速度と共に大きく減少する事が明らかとなった。こうした、流動するスラグの圧力損失を評価するため、測定されたスラグ先端と後端の接触角を用いて気液界面形状を与え、液体スラグ内での流れの3次元数値シミュレーションを行った。その結果、二次流れの影響による界面での圧力損失が増加することが示されたがその値は実験によって得られた値よりもかなり小さいことが明らかとなった。流動するスラグ流では表面張力や固体界面との濡れによる力は静止状態とは大きく異なる可能性がありこうした効果を考慮した解析が必要であることが示された。次に、こうしたマイクロチャンネル内の気液二相流の特性を利用した高効率液体輸送装置の開発を行った。電磁弁とタイマーを用いて、気液混合装置を作成しマイクロチャンネル内に任意の気相スラグ長さ、液相スラグ長さ、気液二体積割合の気液相スラグ流を作りだし、それによって、低い吐出圧で液を高い位置まで輸送する装置を作成した。この装置を用いて、1mの静水圧で10mの高さにまで液体輸送することが可能であることを示した。これにより、実験室レベルでのマイクロチャンネル内の気液二相流を利用した高効率液体輸送装置の実現可能性が示された。今後、より高い位置までの液体輸送方法の開発、マイクロチャンネルをバンドル化して実用的な液体の輸送流量を実現する方法の開発を行うことにより、本装置を省エネルギー高効率液体輸送装置として、低水位差エネルギーを用いた発電システム等への応用することが考えられる。

Study on the characteristics of two-phase flow of gas and liquid in gas and liquid production system; The actual analysis and analysis of the static characteristics of the liquid flow in the microwave oven are carried out. Surface tension in the fluid is maintained by external forces. The difference between the receding contact angle and the advancing contact angle of the upper and lower surfaces of the liquid is measured. The contact angle of the liquid increases and decreases when it moves forward. The results of these measurements are in good agreement with the analytical results of surface tension and gravity. The surface properties of solids, solids (in this case), contact angles, and liquid retention characteristics are greatly affected. Second, the gas flow rate, the velocity of the gas flow, the structure of the gas-liquid interface, and the friction pressure loss were measured. As a result, friction pressure loss in the fluid interface, shear force loss in the fluid interface, and pressure loss in the fluid interface must be considered. The pressure loss at the gas-liquid interface is related to the number of gas-liquid interfaces and the speed of the interface. The contact angle at the interface is greatly different from that at rest. The contact angle at the tip of the interface is 90 degrees. The contact angle at the rear of the interface is greatly reduced. The pressure loss of the fluid is evaluated by measuring the contact angle of the fluid at the tip and rear end. The three-dimensional numerical value of the fluid in the fluid is determined. The pressure loss of the interface increases due to the influence of the secondary flow. The possibility of fluid flow and surface tension at rest is considered. The development of high efficiency liquid conveying device is realized by utilizing the characteristics of two-phase flow of gas and liquid in the production process. An electromagnetic mixing device is constructed for any gas phase, liquid phase, or gas phase flow in the electromagnetic mixing process. The device is constructed for mixing the gas phase, liquid phase, or gas phase flow in the electromagnetic mixing process. The device is used for hydrostatic pressure of 1m and high pressure of 10m. Liquid transportation is possible. This paper shows the possibility of using high efficiency liquid conveying device by using two-phase flow of gas and liquid in the production process. In the future, the development of a liquid conveying method at a high position, the development of a liquid conveying flow rate method for a liquid conveying system, and the development of a liquid conveying flow rate method for a liquid conveying system at a low water level are discussed.