気液二相流における瞬時局所圧力・速度の非接触同時計測手法の開発

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種々の工業プラントおよび工業製品内の流れ場の多くは、気泡を含む混相流となっている。機器の高効率化、高性能化のためには、気泡運動の解明とそのモデル化が必要である。PIV/PTV等による流れ場測定は、気泡周りのメゾ・ミクロ構造を解明するための手法として、最近クローズアップされているが、気泡運動を考える上で最も重要な気泡周囲の圧力分布に関するデータは得られない.圧力測定法としては、感圧塗料、圧電素子等が挙げられるが、殆どの手法は壁面での圧力測定しか出来ず、また流動によって生じる1mmAq以下の微小圧力変動は検知できない。本研究では、気泡のメゾ・ミクロ運動メカニズムを解明に資する気泡を含む流動場内の局所瞬時圧力・速度の多点同時計測手法の開発を目的とする。具体的には、PIVを基本とした速度計測システムを高度化し、高分解能・高精度で局所・瞬時の多点同時速度測定を可能にする。その後、多点同時計測された局所瞬時速度分布から流れの運動量保存式・質量保存式に基づき・局所瞬時圧力を算出する。本年度は、昨年度構築した圧力速度同時計測システムを気泡周り流れに適用し、その有用性と評価を行った。まず、円管内層流中に固定された球形固体周りの流れ場に本システムを適用し速度・圧力を測定するとともに、数値解析を実施し、両者を比較した。その結果、本手法が球形固体粒子周りの流れ場の速度・圧力を良好に測定できることを確認した。次に、本システムを鉛管内下降層流中でほぼ静止する気泡周りの流れおよび静止液中を上昇する気泡周りの流れ場へ適用し、本手法が妥当な速度・圧力場を与えることを確認した。また。詳細数値解析結果と測定した速度・圧力場が定性的に一致することを確認した。以上より、本手法が気泡周りの流れ場の速度・圧力計測手法として有益であることを確認した。今後、速度計測精度の向上および3次元速度場計測手法の構築により、本手法の有用性がさらに高くなる.