複雑な多次元気液二相流の相間相互作用と界面輸送構造に関する研究

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本研究では、複雑な多次元気液二相流の相間相互作用を解明し、界面輸送構造をモデル化することを目的としており、本年度は、複雑な多次元性が現れる垂直大口径管内の低液相流速の空気-水気液二相流において、下記の研究を行った。(1)昨年度開発した光学式5センサー・プローブを用いて、低液相流速範囲の垂直大口径管内の多次元二相流に対して、二箇所の気液界面と気相の流動状況を測定する実験を実施した。(2)ホットフィルムプローブを用いて、低液相流速範囲の垂直大口径管内の多次元二相流に対して、液相の流動状況を測定する実験を実施した。(3)多次元二相流のデータ処理を行った。(4)多次元気液二相流の界面面積濃度、気相と液相流速及び気泡直径のデータベースを構築した。(5)得られた二相流データを基に多次元気液二相流の相間相互作用と界面輸送機構に関して総合的・系統的考察を実施した。(6)従来の1群界面輸送モデル及び多群界面輸送モデルとの比較検討を行った。(7)二流体モデルの真価を発揮するために、二相の相互作用の強さを表す界面輸送項(=界面面積濃度×駆動力)を適切にモデル化し、測った気泡の直径(気泡の弦長ではなく)により気泡の群が正しく分けられ、多群界面輸送方程式の開発を行った。そのモデル中の気泡-気泡間、気泡-乱流渦間の衝突頻度は気体の分子運動論を基礎に気泡自身による排除容積を考慮に入れて定式化を行った。更に、本研究の実験観察と測定データ分析により、垂直大口径管内の気液二相流に流れ方向の局所ボイド率の急上昇と圧損の急低減を特徴としての気泡集積流動現象が存在することを明らかになった。