横揺れ運動を受ける循環流動層における粒子挙動のリアルタイム可視化計測

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本研究は、循環流動層の高い伝熱性能、反応性に注目して船舶に適用し、舶用の排熱回収システムを開発するため、流動層ライザー部の固気混相流動に及ぼす船体動揺の影響が明らかにすることを目的とする。平成２6年度では前年度構築した流体流動と粒子の相互作用を検討することのできるCFD-DEMモデルの検証および循環流動層ライザー部の固気混相流れ場の３次元数値解析を実施した。また、ライザー壁面の熱伝達率に及ぼす船体動揺の影響を検討した。CFD-DEMモデルの検証については、計算負荷を緩和するため、計算体系は２次元とすると共に、横揺れ運動の効果を分離し、先ず定傾斜状態におけるライザー部固気混相流についてシミュレーションを実施した。このとき、傾斜角をパラメータとして計算し、計算結果を実験結果と比較することによって計算手法の妥当性を検証した。循環流動層ライザー部の固気混相流れ場の３次元数値解析については、計算体系を３次元に拡張して３次元CFD-DEMカップリングモデルを構築し、横揺れ運動状態におけるライザー部固気混相流について横揺れ振幅、周期、粒子径、空塔速度をパラメータとしてシミュレーションを実施し、得られたボイド率分布・粒子速度分布・気相速度分布結果と実験で計測した結果を比較し、横揺れ運動が粒子循環量に及ぼす影響について定量的に評価した。ライザー壁面の熱伝達率については熱伝達率向上の要因として考えられる壁面近傍のクラスターの特徴に着目し，横揺れ運動状態におけるライザー壁面近傍の粒子降下速度をPIVにより計測した。そして、搖動によって誘導された粒子クラスターの特徴変更は考慮され、壁面伝熱係数の予測モデルを提案し、伝熱実験の結果と定量的比較した。