回転式流動層における流動化メカニズムの理論的解析とその応用

本研究の目的は回転式流動層における流動化メカニズムの理論的解析である。平成19度は特に、粒子混合挙動および気泡特性に関する基礎的研究を実施し、以下に示す知見を得た。1.回転式流動層における粒子混合特性の数値解析粒子離散要素法(DEM)および数値流体力学(CFD)カップリングモデルを用いた、回転式流動層内における粒子運動モデルを提案し、数値シミュレーションによる粒子混合特性の数値解析を行った。数値計算および実験結果は良好な定量的一致を示しており、提案したモデルの妥当性を確認した。さらに、粒子混合速度に着目し、種々の操作条件下おける粒子混合速度定数は、粒子Rossby数・気泡Froude数・無次元半径の3種類の無次元数で特性化可能であることを明らかにした。2.回転式流動層における気泡特性の解析回転式流動層において発生する気泡径を高速度ビデオカメラにより実験的に計測し、気泡成長のモデリングを行った。風速および遠心加速度を動径方向の局所的な変数として扱い、さらに、ガス分散版からの動径方向距離の増加に伴う気泡体積の増分を考慮する関数を導入した段階気泡成長モデルを提案した。提案したモデルは、既往のモデルよりも高い精度で実験結果を推算可能であった。さらに、回転式流動層において発生する気泡の速度を、画像解析を用いて実験的に解析した。その結果、気泡速度分布は対数正規分布に従うことを見出した。さらに、遠心加速度を増加させても、その気泡速度係数は変化しなかったことから、回転式流動層では強大な遠心力と比較して、気泡間の相互作用が無視小となることを明らかにした。

本研究の目的は回転式流動層における流動化メカニズムの理論的解析である。平成19度は特に、粒子混合挙動および気泡特性に関する基礎的研究を実施し、以下に示す知見を得た。1.回転式流動層における粒子混合特性の数値解析粒子離散要素法(DEM)および数値流体力学(CFD)カップリングモデルを用いた、回転式流動層内における粒子運動モデルを提案し、数値シミュレーションによる粒子混合特性の数値解析を行った。数値計算および実験結果は良好な定量的一致を示しており、提案したモデルの妥当性を確認した。さらに、粒子混合速度に着目し、種々の操作条件下おける粒子混合速度定数は、粒子Rossby数・気泡Froude数・無次元半径の3種類の無次元数で特性化可能であることを明らかにした。2.回転式流動層における気泡特性の解析回転式流動層において発生する気泡径を高速度ビデオカメラにより実験的に計測し、気泡成長のモデリングを行った。風速および遠心加速度を動径方向の局所的な変数として扱い、さらに、ガス分散版からの動径方向距離の増加に伴う気泡体積の増分を考慮する関数を導入した段階気泡成長モデルを提案した。提案したモデルは、既往のモデルよりも高い精度で実験結果を推算可能であった。さらに、回転式流動層において発生する気泡の速度を、画像解析を用いて実験的に解析した。その結果、気泡速度分布は対数正規分布に従うことを見出した。さらに、遠心加速度を増加させても、その気泡速度係数は変化しなかったことから、回転式流動層では強大な遠心力と比較して、気泡間の相互作用が無視小となることを明らかにした。