Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

流体力学 / 気泡流 / 気泡周りの流動特性 / 超音波パルスのドップラ効果 / 多点ボイド率計測法 / 画像処理計測 / UVP / WMT / 多点ボイド率計測装置 / 乱流 / 粒子-流体モデル / 画像処理 / 超音波パルスのドップラー効果

100mm×20mmの垂直矩形流路に気泡上昇流を形成させ、超音波流速分布計(UVP)を用いて二相流の瞬時流速分布を計測した。得られたデータを統計的に処理をすることで、気泡周りの液相の微視的な流動特性を調べるとともに測定体積の測定結果への影響を調べ、以下のことを明らかにした。
(1)気泡周りの速度分布は、液相流量によらない固定的な層(粘性底層)、液相主流が支配的な領域(主流領域)およびその遷移領域の三つの領域に分類することが出来る。
(2)気液界面近傍における,液相の速度勾配は流量条件に寄らずにほぼ一定となる.
(3)気泡周りの流動構造は気泡レイノルズ数によって表すことができる.
(4)気泡周りの流動構造は,先行気泡の影響の有無により異なり,液相の乱れは,先行気泡によって発生した後流渦のために増加し,層流から乱流への遷移が促進される.
さらにUVPを用いたボイド率分布の計測精度を検討するため、ワイヤーメッシュ型の多点ボイド率・気相流速分布計測装置(WMT)を開発し、垂直矩形流路内の気泡上昇流のボイド率計測と気泡速度分布計測に適用し、以下のことを明らかにした。
(1)WMT法を、大気圧条件下で矩形流路内における気泡上昇流に適用し、瞬時局所ボイド率変化を計測し、その結果を統計処理することにより、時間平均ボイド率、気相速度分布、気泡体積分布を求める手法を確立した。
(2)気相みかけ速度はハイスピードカメラを用いた画像処理法と比較して、気相速度が1250mm/sの範囲で気相速度が低いときによく一致しているが、気相速度が高いときは30%までの偏差がある。しかしながら、ボイド率が20%までの範囲では、偏差はボイド率にほとんど依存しない。

混相流 / 気泡流 / 超音波パルス / ドップラー効果 / 流速分布 / ボイド率分布 / 乱流強度 / 気泡周りの流動特性 / 乱流強度分布 / 気泡二相流 / 多次元的流動特性 / ボイド率 / 計測技術 / 画像処理 / 気液二相流

(1) 超音波パルスのドップラー効果を利用した計測装置とデジタルカメラを用いた画像処理装置を開発した.その計測システムは二相瞬時流速分布を計測でき,そのデータを統計処理することにより,気液両相の流速分布,ボイド率分布,連続相である液相内の乱れ強度分布,気泡周りの液相内の速度場が計測できる.
(2) 流れが十分発達した気泡流では,流れは連続相である水の流速分布に支配され,水の流速分布は水単相流に比べると平坦となり,気泡は浮力と界面の抗力の差により上昇するため気液相の速度差は流路断面内でほぼ一定となる.
(3) 気泡流のボイド率分布は,水相の流速分布が平坦なため,壁近傍を除けばほぼ平坦となる.
(4) 連続相の主流速度の乱れ強度を水単相流の乱れ強度の比を乱れの促進効果と定義する.気泡の存在は乱れの撹乱効果と散逸効果があり,ボイド率が約0.3%以下の場合には乱れの散逸効果が卓越し,0.5%以上ではボイド率の増加するほど,並び,壁面から離れるほど乱れを促進する.
(5) 気泡周りの液相の流れの構造は,気泡の上昇挙動にのみ影響される境界層,気泡の上昇挙動と水の主流部の流れの双方に影響される遷移領域,並びに,気泡の上昇挙動の影響を受けない主流部に分類できる.
(6) 気泡表面に沿う境界層は気泡の挙動に強く依存し,その厚さは,平均気泡径に比例して増加し,ボイド率(気泡間距離)の増加にともない僅かに減少する.また,気泡表面から主流部までの距離は,平均気泡径とともに増加し,ボイド率の増加にともない僅かに減少する.そして,これらの層の厚さに関する経験式を得た.

【研究分担者】
大川富雄	大阪大学	工学研究科	講師	(Kakenデータベース)
木倉宏成 (木倉宏茂)	東京工業大学	原子炉工学研究所	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
高橋実	東京工業大学	原子炉工学研究所	助教授	(Kakenデータベース)