差圧変動による気液二相流の流動様式判別法と相構造の推定

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気液二相流の流動様式は、流れの状態を表す重要なパラメータである。流動様式判別法の1つに、気相変動に対応する差圧変動を測定し、その統計パラメータ(平均値、標準偏差、ひずみ係数、とがり係数)によって流動様式を判別する方法がある。統計パラメータ空間における実験データは、流動様式ごとに特徴ある振舞いを示すため、流動様式の判別は可能であるが、特徴ある振舞いを示す物理的な理由説明は加えられていない。そのため、本研究では、統計パラメータ空間での統計パラメータの特徴ある振舞いの物理的な意味を明らかにすることを目的とし、実験的、理論的研究を行った。実験で得られた気相変動波形を基に、主な流動様式の気相変動を表すことのできる基本変動波形を仮定し、その統計パラメータを求めた。求めた統計パラメータと気相変動波形の関係から、主に以下のことが明らかになった。間欠流(スラグ流・プラグ流)流量を変化させても気体スラグ部および液体スラグ部のボイド率が変わらないならば、気相変動の平均値と標準偏差は、平均値-標準偏差空間で、一つの半円上に分布する。逆に、平均値と標準偏差が円弧状に分布する流れは、気体スラグ部および液体スラグ部のボイド率が変わらない流れであると推測できる。ひずみ係数-とがり係数は放物線上に分布する。気体スラグ部と液体スラグ部の長さの比により分布する象限が異なる。逆に、分布から両スラグの長さの比が推測できる。(2)気泡流・分離流・環状流気相変動波形は、変動のない部分(DC成分)を含む。ひずみ係数-とがり係数分布から、変動のない部分が気相変動波形全体に占める割合を推測することができる。