広域・高解像度三次元計測に基づく気泡流メゾスケールモデリング

基于大面积、高分辨率三维测量的气泡流的介尺度建模

• 批准号: 08J10701
• 负责人: 田川 義之
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J10701/
• 关键词: 混相流; 気泡; 三次元計測; メゾスケールモデリング

本年度は界面活性剤水溶液中を上昇する単一気泡の3次元運動について基礎的な知見を得ることを目的とし,活性剤の濃度・種類と気泡の大きさをパラメータとした実験を行い,気泡の軌跡・形状・周囲流動場の3次元計測に基づいた議論を行った.気泡の運動軌跡と形状をとらえるための独自の測定装置による3次元計測結果を得た.界面活性剤TritonX-100の低濃度溶液中において,らせん運動からジグザグ運動へ遷移する運動を観測した.この遷移運動はこれまで報告されてこなかった新しい現象であり,大きな成果である.さらに,気泡周囲流動場のデジタルホログラフィ計測を行った.以上の測定結果を踏まえて3次元運動メカニズムについて議論し,以下の知見を得た.本研究で初めて詳細に報告したらせんからジグザグへ遷移する気泡運動は,表面の瞬時すべり条件が運動モードを決定付けている.3次元運動しながら上昇する気泡の終端速度は1-Pentanol濃度に応じて,高濃度になるほど低下する.そして上昇速度の低下の影響により形状は球形化する.さらに気泡はスリップ条件が決定されるとある運動に落ち着き,後流構造が決まることを示した.またフリースリップ条件の気泡がノンスリップ条件に近づくにつれ,まず軌跡の振幅は大きくなり最大値をとり,その後小さくなっていく.気泡の水平方向速度と上昇速度の関係から,振幅が最大値をとる現象は,後流構造の非軸対称性による気泡の運動方向変化の影響が気泡にかかる抗力の増加を上回ることによって生じることを示した.本年度の研究成果によって,気泡流の能動制御の大きな可能性が示された工学的意義は大きい.ここで得られた知見は,気泡の3次元運動モデルを構築する際に,瞬時濃度分布を用いて気泡の運動を記述できる可能性を示唆しており,数値計算モデル構築の観点からもその意義は大きい.

を rise in this year's は interface active tonic water solution す る 単 気 bubble の three yuan movement に つ い て based な knowledge を have る こ と を purpose と し, active tonic の density, type と 気 bubble の big き さ を パ ラ メ ー タ と し た be 験 を い, 気 bubble の trajectory, shape, weeks 囲 の three dimensional flow field measuring に base づ い た comment line を っ た. The <s:1> movement trajectory of the bubble と shape をとらえるため <s:1> independent <s:1> measurement device による three-dimensional measurement result を obtain た. Interfacial activity の tonic TritonX - 100 low concentration in the solution に お い て, ら せ ん movement か ら ジ グ ザ グ movement へ migration す る movement を 観 measuring し た. こ の migration movement は こ れ ま で report さ れ て こ な か っ た new し い phenomenon で あ り, big き な results で あ る. さ ら に, 気 weeks 囲 flow field by の デ ジ タ ル ホ ロ グ ラ フ ィ measuring っ を line Youdaoplaceholder0. The above <s:1> measurement results を step まえて three-dimensional motion メカニズムに て て て discussion を, the following <s:1> knowledge を た た. At the beginning of this study で め て detailed report に し た ら せ ん か ら ジ グ ザ グ へ migration す る は 気 bubble movement, surface の instantaneous す べ り conditions が movement モ ー ド を decided to pay け て い る. Three dimensional movement し な が ら rise す る 気 bubble の terminal velocity は concentration of 1 - Pentanol に 応 じ て, high concentration に な る ほ ど low す る. そ し て の rising speed is low の influence に よ り shape は spherize す る. さ ら に 気 bubble は ス リ ッ が プ conditions decide さ れ る と あ る movement に fall ち き, flow structure after が definitely ま る こ と を shown し た. ま た フ リ ー ス リ ッ プ conditions の 気 bubble が ノ ン ス リ ッ プ conditions に nearly づ く に つ れ, ま ず trajectory の large amplitude は き く な り nt biggest を と り, そ の after small さ く な っ て い Youdaoplaceholder0. 気 bubble の horizontal speed rising と の masato is か ら, amplitude が nt biggest を と は る phenomenon, after the flow structure の non axis said seaborne に よ る 気 bubble の direction - the spheroidized の が 気 bubble に か か る resistance の raised last time plus を る こ と に よ っ て raw じ る こ と を shown し た. Research achievements this year の に よ っ て, 気 bubble flow の active suppression の big き が な possibility in さ れ た engineering significance は big き い. こ こ で have ら れ た knowledge は, 気 bubble の three dimensional movement モ デ ル を build す る interstate に, を instantaneous concentration distribution with い て の 気 bubble movement を account で き を る possibility in stopping し て お り, the numerical calculation モ デ ル build の 観 point か ら も The meaning of そ そ is そ large そ そ.

项目成果

Change of Re dependency of single bubble 3D motion by slip condition in surfactant solutio

表面活性剂溶液中滑移条件对单气泡三维运动Re依赖性的变化

• 发表时间: 2009
• 作者: Yoshiyuki Tagawa;Ami Funakubo;Shu Takagi;Yoichiro Matsumoto
• 通讯作者: Yoichiro Matsumoto

静止水中を上昇する気泡の3次元挙動に対する界面活性剤の影響

表面活性剂对静水中气泡上升三维行为的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: 王海波;金俊完;横田眞一;枝村一弥;田川義之,舟久保亜美,高木周,松本洋一郎
• 通讯作者: 田川義之,舟久保亜美,高木周,松本洋一郎

界面活性剤水溶液中における単一上昇気泡の三次元運動の可視化

表面活性剂水溶液中单个上升气泡的三维运动可视化

• 发表时间: 2008
• 作者: 舟久保亜美;田川義之;高木周;松本洋一郎
• 通讯作者: 松本洋一郎

Influence of surfactant on single bubble motion and bubbly flow structure

表面活性剂对单气泡运动和泡流结构的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: Yoichiro Matsumoto;Yoshiyuki Tagawa;Toshiyuki Ogasawara;Shu Takagi
• 通讯作者: Shu Takagi

界面活性剤水溶液中における単一気泡の3次元挙動解析

表面活性剂水溶液中单个气泡的三维行为分析

• 发表时间: 2009
• 作者: 井上潤一;横田眞一;金俊完;枝村一弥;田川義之,舟久保亜美,高木周,松本洋一郎
• 通讯作者: 田川義之,舟久保亜美,高木周,松本洋一郎