気液二相流における気泡挙動と物質移動特性に関する研究

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本研究では、気泡挙動により気泡周囲の物質移動特性がどの様に変化するかを定量的に調べることを目的とした。本年度は、まず昨年度新たに構築したデジタルマイクロスコープシステムを使用した二色レーザー誘起蛍光法(以下、二色LIF法)によるpH分布測定とともに、Particle Image Velocimetry(PIV)により速度を同時に計測する手法について検討した。静止気泡からの溶解現象においては、非常に速度の低い鉛直方向の対流現象を対象とするため、PIV用粒子は水と精密に密度を合わせる必要があるが、市販PIV用粒子は、いずれも僅かに水と密度差があるものばかりで、本実験には不適であった。そこで、まず白色の水性ペンキを凝集させ、適切な大きさを持つ粒子を作製した。その結果、5分間の観察において、作製した粒子の組織的な浮遊・沈降現象は観察されなかった事から、水との密度差は無視小であるということが明らかとなった。そこで、本手法をSO_2静止気泡周囲の溶解現象へ適用したところ、ガスの溶解に伴うpH分布と速度分布の発達過程が明らかとなり、本系においては、まず速度分布が発達した後、pH分布が発達することが明らかとなった。さらに、ガスの溶解の進行とともに物質移動特性が変化するのは、周囲に形成される濃度場の発達過程と大きく関連しているということが明らかとなった。なお、本研究で得られた成果については、現在、学術誌へ投稿中である。