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高速度PIVシステムを用いた上昇及び下降気泡乱流中のエネルギカスケード機構の解明

使用高速 PIV 系统阐明气泡湍流上升和下降过程中的能量级联机制

基本信息

批准号：
08F08810
负责人：
菱田公一
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

気相と液相の混在した気液二相流は発電所の冷却系等や化学プラントの反応槽等に応用されており,これらの機器の安全性向上や高効率化のためには,気液二相流の流動構造を明らかにし,乱流構造のモデル化を行う必要がある.しかし,気液二相流の流動構造には流体-気泡間の運動量交換といった複雑な要素が含まれているため,流動構造の解明に向けて更なる知見が望まれている.気液二相流は上昇流と下降流の2種類に大きく分類することができるが,Wang et al.(1987)は上昇流と下降流では気泡の存在する領域(局所ボイド率)が異なり,流路内の乱流強度分布も異なるという結果を示している.しかし,上昇流と比べ,下降流に関しては十分な研究が行われているとは言い難く,特にエネルギスペクトルのようなスケール解析や,気泡介在により生じる乱流エネルギ輸送メカニズム(エネルギカスケード)の変調に関しては未だ未解明な点が多い.本研究の最終目的は,気液二相流の普遍的な物理モデル構築のため,上昇流と下降流双方の計測を行い,乱流中のスケール解析といった観点から定量的な検証データを導出することにある.上昇流および下降流の乱流構造変化の比較検討をスケール解析より行った報告例は未だ少なく,本研究の意義や重要性はこの点にある.本年度は液相流速,気泡形状および気泡位置を同時計測するシステムを用いて.上昇流・下降流それぞれの時系列2次元速度データを計測し,気液二相流の流動構造変化を高時間分解能で評価した.Liu et al.(1994)によって提案された手法を応用し,シミュレーションで用いられているフィルタリングを実流動場に適用することで,気泡-流体間でのエネルギ輸送を定量的に評価した.今回提示された結果は世界でも類のない検証データであり,これらの結果は,流体工学分野の研究に関する権威ある学術誌であるExperimental in Fluidsに投稿中である

The mixing of gaseous phase and liquid phase in gas-liquid two-phase flow is necessary for the cooling system of power generation station, chemical reaction tank, etc., so as to improve the safety of the machine and improve the efficiency. The flow structure of gas-liquid two-phase flow is composed of the elements of motion exchange between fluid and bubble, and the understanding of flow structure. Two types of gas-liquid two-phase flow: ascending flow and descending flow,Wang et al. (1987) The results show that there are differences in the distribution of turbulence intensity in the flow path between upflow and downflow. The upflow and downflow are very difficult to study, especially in the analysis of turbulence and transport. The ultimate goal of this study is to construct a general physical model of gas-liquid two-phase flow, to measure both upflow and downflow, to analyze turbulence, to quantitatively identify and derive the model. A comparative study of the structural changes of upwelling and downwelling turbulence is presented. This year, liquid velocity, bubble shape and bubble position were measured simultaneously. Liu et al.(2001), 1996, pp. 100 - 100. (1994) The proposed method is applied to the evaluation of bubble-to-fluid flow field. This paper suggests that the results of this study are related to the field of fluid engineering. The results are related to the field of fluid engineering.