Simulation of surfactant-laden two-phase flow through porous materials for design of coalescer

模拟载有表面活性剂的两相流穿过多孔材料以设计聚结器

基本信息

批准号：
22K04803
负责人：
三野泰志
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、水中に分散した油滴（Ｏ／Ｗエマルション）をフィルターにより効率的に分離する技術の一つである「コアレッサー」を理論的に設計するための指針を確立することである。Ｏ／Ｗエマルションが多孔体を透過する様子を数値シミュレーションと直接観察実験によって調査し、油滴の合一挙動に影響を及ぼす因子を明らかにすることを目指して、令和４年度は以下の成果を得た。（１）シミュレーションモデルの開発：界面活性剤を含む油－水二相流体を表現するための流体シミュレーション技術を、自由エネルギー型二相系格子ボルツマン法をベースとして開発した。既往の計算結果と比較することによって、開発モデルの妥当性を確認することができた。さらに、複雑な形状の固－液界面を含む系内の流動を効率よく計算できるSmoothed Profile法をベースに、二相流体の多孔体透過シミュレーション技術を開発した。（２）液滴透過実験の準備：開発したシミュレーションモデルの妥当性を評価するために、粒子充填層内の液滴透過実験を行う予定である。本年度は、直接観察用セル及び液滴供給部を含む実験装置一式の作製を行った。観察用セルにはガラスビーズを中央に充填した擬２次元セルを採用し、着色した油滴が透過する様子を顕微鏡により観察した。計算結果との比較のためには液滴の透過挙動をより詳細に観察する必要があると分かったため、現在装置の改良に取り組んでいるところである。そのため、ハイスピードカメラを用いた観察及びシミュレーション結果との比較は次年度に行うこととした。

这项研究的目的是建立“ Coccers”理论设计的准则，这是一种使用过滤器分散在水中的油滴（O/W乳液）的技术之一。在2022年获得以下结果，目的是通过数值模拟和直接观察实验来研究O/W乳液通过多孔体的渗透性，并旨在澄清影响油滴液行为的因素。（1）模拟模型的开发：一种用于代表油水两相流体含有表面活性剂的流体模拟技术，是根据自由能类型的双相晶格玻尔兹曼方法开发的。通过将其与先前的计算结果进行比较，确认了开发模型的有效性。此外，我们开发了一种基于平滑轮廓方法渗透到两相流体的仿真技术，该方法允许在包含复杂形状的固体界面的系统中有效计算流量。（2）液滴传输实验的制备：为了评估开发的仿真模型的有效性，我们将在粒子堆积的床中进行液滴传输实验。今年，我们制造了一套完整的实验设备，包括直接观察单元和液滴供应单元。观察细胞是一个伪2D细胞，中心充满玻璃珠，并通过显微镜观察了彩色油滴。已经发现，有必要更详细地观察液滴的渗透行为，以便将其与计算结果进行比较，因此我们目前正在努力改进设备。因此，决定明年使用高速相机的观察结果和模拟结果。