海洋鉱物資源開発を対象とした大口径配管における固気液三相流摩擦損失推定技術の構築

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海洋鉱物資源の開発においては、海底から資源を洋上へ回収するために、ポンプを用いて固液二相流で移送する方法や、管内に空気やガスを供給し、管内と管外の密度差を利用して上昇流を発生させるガスリフトポンプを用いた方法等が検討されている。ガスリフトポンプを用いた方法では、管内を資源と海水と空気の三種類、すなわち固体と液体と気体が混合された状態で移送されることになる。しかしながら現時点で、海洋鉱物資源の生産には技術的な課題が多く、その中の1つに管内における固気液三相流（固体、液体、気体）の摩擦損失の推定が挙げられる。固気液三相流が移送される際の摩擦損失推定手法を構築することは、生産システムの設計や運用に役立つと考えられる。そこで、本研究では固気液三相流の摩擦損失の推定手法の構築を目的とした。はじめに気液二相流の摩擦損失推定手法に関する既往の研究について調査した。その結果、気液二相流の摩擦損失の推定手法としては大別すると3つに分けられることがわかった。さらに既往の研究から得られた鉛直管における気液二相流の摩擦損失の実験結果と、推定手法で求められた摩擦損失を比較することで、精度が良い推定手法を見出した。次に、その推定手法を鉛直管における固気液三相流に適用できるように拡張した。拡張した推定手法を検証するために、既往の研究から得られた25～40mm程度の内径を有する配管内を流れる固気液三相流の摩擦損失の実験結果と比較と推定結果を比較した。比較の結果、本研究で提案する手法を用いれば25～40mm程度の内径を有する配管においては固気液三相流の摩擦損失を推定できることがわかった。