マイクロチャンネル内の気液二相流動特性に及ぼす各種影響因子の抽出

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通常口径の流路内の二相流れに比べるとマイクロチャンネル内の流れでは,重力よりも表面張力,液粘性による影響が支配的となり,管径の影響(寸法効果)が大きくなると考えられる.そこで,本研究では液物性値と管内径を変えて,マイクロチャンネル内の単相流と二相流の圧力損失とボイド率に及ぼす影響を実験的に調べた.作動流体として気相に窒素ガス,液相にエタノール水溶液を用いた.そして,エタノール水溶液の重量濃度を変えることにより,液体の表面張力と粘度を変えた.流路には溶融シリカ製の円形マイクロチャンネルを使用し,その内径を50-530μmとした.主な結果は次のとおりである.圧力損失について・液単相流の管摩擦係数の実験値は,液体と管内径によらず層流の理論値に一致した.また,層流から乱流への早期遷移は観察されなかった.・二相流の摩擦圧力損失は液相の体積流束と液粘度の増加,管内径の減少とともに大きくなった.・二相粘度にDuklerらの式を用いる均質流モデルは二相摩擦圧力損失の本実験値を良く予測できた.大口径管のデータに基づくGarciaらの均質流モデルも同様に良い予測結果を与えた.・Lockhart & Martinelliモデルは,そのモデルに必要な二相摩擦乗数に適切な値を用いれば,本実験値を良く予測できた.ボイド率について・ボイド率と気体体積流量比βの関係を調べた結果,50μmから管径が大きくなるにつれて,実験値は100μm管のデータに基づくKawaharaらの式に近い値から,通常口径管に関するArmandの式による値に近づいた.251μm管ではArmandの式とほぼ一致した.・β>0.7の領域における高粘度の液体のボイド率は他の供試液体のそれに比べ低くなった.・すべての管径の本実験値に適用できる既存の予測式は見当たらなかった.・提案の予測式による計算値は,50-530μmの実験値と良く一致した.