せん断格子乱流場における乱流混合反応機構の解明

流体の混合反応を促進させる手段を提案することは,反応装置の最適設計を行ううえで極めて重要である.本研究では,トリップワイヤおよび格子が,液相混合層での混合反応をどの程度促進するかを評価するとともに,それらが混合層の発達にいかなる影響を及ぼすかについて検討を行った.速度差を付けて流体をテストセクションに流入させ,理想的な液相せん断混合層を形成させた.流体が層流状態で供給される純粋な混合層,スプリッタプレート上にトリップワイヤを取り付けた混合層,テストセクション入り口部に格子を取り付けた混合層,およびトリップワイヤと格子の両方を取り付けた混合層の四種類の流動場に対して実験を行った.昨年度の研究から,トリップワイヤや格子を付けることによって,乱流混合反応が著しく促進され,反応生成量が,1.5倍程度増大することが明らかになった.本年度は,昨年度とは異なる様々な主流方向位置において速度や濃度の計測を行い,トリップワイヤや格子が混合層の発達に及ぼす影響を調査した.その結果,格子を取り付けた場合にも,トリップワイヤを取り付けた場合と同様に,速度や濃度の乱流統計量の鉛直方向分布が自己相似性を有することがわかった.また,トリップワイヤや格子をつけた場合の方が,純粋な混合層に比べて,混合層内での流体混合は進んでいるものの混合層厚さは小さいことがわかった.また,遷移段階の混合層である純粋な混合層の場合には,運動量および物質が小スケールで逆こう配拡散する傾向にあることが明らかになった.

流体の混合反応を促進させる手段を提案することは,反応装置の最適設計を行ううえで極めて重要である.本研究では,トリップワイヤおよび格子が,液相混合層での混合反応をどの程度促進するかを評価するとともに,それらが混合層の発達にいかなる影響を及ぼすかについて検討を行った.速度差を付けて流体をテストセクションに流入させ,理想的な液相せん断混合層を形成させた.流体が層流状態で供給される純粋な混合層,スプリッタプレート上にトリップワイヤを取り付けた混合層,テストセクション入り口部に格子を取り付けた混合層,およびトリップワイヤと格子の両方を取り付けた混合層の四種類の流動場に対して実験を行った.昨年度の研究から,トリップワイヤや格子を付けることによって,乱流混合反応が著しく促進され,反応生成量が,1.5倍程度増大することが明らかになった.本年度は,昨年度とは異なる様々な主流方向位置において速度や濃度の計測を行い,トリップワイヤや格子が混合層の発達に及ぼす影響を調査した.その結果,格子を取り付けた場合にも,トリップワイヤを取り付けた場合と同様に,速度や濃度の乱流統計量の鉛直方向分布が自己相似性を有することがわかった.また,トリップワイヤや格子をつけた場合の方が,純粋な混合層に比べて,混合層内での流体混合は進んでいるものの混合層厚さは小さいことがわかった.また,遷移段階の混合層である純粋な混合層の場合には,運動量および物質が小スケールで逆こう配拡散する傾向にあることが明らかになった.