電解質溶液中における気泡流の流動構造解明とモデリング
电解质溶液中气泡流动的流动结构阐明和建模
基本信息
- 批准号:08J01227
- 负责人:
- 金额:$ 0.77万
- 依托单位:
- 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
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
本研究では,高精度な気泡径制御が可能な気泡発生装置を用い,電解溶液中のイオン濃度やイオンの種類,さらに気泡径を様々に変化させたときの気泡の合体・反発条件を実験的に調査した.実験では,超純水,塩化ナトリウム,塩化カリウム水溶液中における単一上昇気泡と自由表面との合体・反発を観察した.塩化ナトリウムの添加により,気泡と自由表面との最大反発回数は顕著に増加した.このことから,電解質の添加により気泡間の合体が抑制されることが示された.また,気泡と自由表面との合体・反発の境界は気泡前方の曲率半径,接近速度を用いたウェーバー数で整理でき,水溶液の濃度の増加とともに,合体・反発の境界となる臨界ウェーバー数は減少することが明らかとなった.これは,電解質の添加による効果がウェーバー数という流体力学的なパラメータによって整理できる,すなわち衝突直前の流体力学的メカニズムが重要であることを表しており,電解質の添加が気泡の合体におよぼす影響を考察する上で重要な知見である.さらに本研究では,電解質の添加とWe数の減少との関連性をより具体的に明らかにするため,気泡が自由界面に接近したときの気泡,自由界面の挙動のモデル化を試みた.単一上昇気泡と自由界面との反発の観察とモデル化では,気泡と自由界面をそれぞれ線形バネと仮定し,単純な質点-バネ系の運動方程式を用いて,気泡の反発現象を記述した.実験結果との比較により,本モデルは,気泡の反発過程を良く表すことが示された.モデルと実験結果との比較から,気泡径が小さい場合において,気泡と自由界面の変形は共に重要な因子である一方,気泡径が大きい場合は,気泡の変形は非常に小さく自由界面の変形が現象を支配している重要なパラメータであることが明らかとなりた.このモデル化は現在のところ流体力学的因子のみを考慮するに留まるが,今後,電解質の添加による臨界We数の減少も考慮に入れることで,電解質の合体抑制効果をモデル化できると期待される.
In this study, we investigated the conditions for the formation and reaction of gas bubbles in electrolytic solution, including the concentration and type of gas bubbles in electrolytic solution. In fact, ultra-pure water, water purification, water purification in aqueous solution, a single rise in bubbles, free surface and reaction detection. The maximum reflection number of bubbles and free surfaces increases significantly. In this case, the electrolyte is added to the gas bubble to inhibit the formation of gas bubbles. The radius of curvature in front of the bubble, the number of approaches, the concentration of the aqueous solution increases, the critical number of approaches decreases. The effect of electrolyte addition on the number and composition of fluid dynamics is important to investigate the effect of electrolyte addition on the composition of gas bubbles. In addition, this study aims to clarify the relationship between the addition of electrolytes and the decrease of We number. The gas bubbles are close to the gas bubbles at the free interface, and the motion of the free interface is simulated. The equation of motion of a pure particle-particle system is used to describe the phenomenon of bubble reflection. The results of this comparison show that the bubble reaction process is well represented. The bubble diameter is small, the bubble shape and the free interface shape are important factors, the bubble diameter is large, the bubble shape is very small, the free interface shape is dominant. In the future, the electrolyte addition, the reduction of the critical number, and the inhibition effect of the electrolyte combination will be considered.
项目成果
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