Mechanism of two phase thermo-fluid behavior in porous media and its high accuracy numerical analysis based on multi-scale effect
| Project/Area Number |
19KK0109
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
椋木 俊文 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (30423651)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大谷 順 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (30203821)
才ノ木 敦士 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (70802049)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
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| Keywords | 高粘性流体 / 移流拡散 / X線CT / 画像解析 / 間隙構造 / オイルサンド / 多孔質材料 / X線CT画像解析 / 移流拡散解析 / Ｘ線ＣＴ画像解析 / ビチューメン / 二相熱流体 / 拡張有限要素法 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は，新しい地層内原油回収法を開発することである．その基礎研究としてオイルサンドを対象にX線CTスキャナを用いた力学的な試験法と水理学的な試験法および測定法の高精度化および高機能化を目指し，個別要素法を用いてオイルサンドの破壊現象を評価する．また格子ボルツマン法による間隙内二相流動解析を行い，画像解析と間隙内流動解析により，変形－流動特性に関するミクロレベルの構成則を見出す．最終的に，拡張型有限要素法を用いて破壊したオイルサンド供試体内の流動解析を実施し，新しい地層内原油回収法の提案を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，新しい地層内原油回収法を開発することである。その手法として、熱流体注入法とVAPEX法に着目してきた。特に2022年度は後者によるビチューメン回収問題にフォーカスし，数値解析と多孔質内高粘性流動実験装置の開発に着手した．ビチューメンを直接利用することが困難なため，ビチューメンの粘性と類似した高粘性シロップを用いこととし，2021年度は数値解析に必要なビチューメンとシロップの物性値として拡散係数，粘性係数，密度を測定するための基礎実験を行ってきた．2022年度では，高出力マイクロX線CT用高粘度流体注入可視化実験装置を試作し，砂の間隙構造内におけるシロップの移流拡散実験を実施した．装置の設計当初、使用する流体の高粘性を配慮し，本実験は圧力勾配下において実施する計画であったが，圧力勾配の安定が得られなかったため，注入条件をロータリーポンプによる定流量注入条件に変更した。これにより、ロータリーポンプによる圧力変化の周期的な変化はあるものの、供試体への注入圧力、貫通後の圧力低下と、そのタイミングで撮影したX線CT画像より、供試体内部で局所的な流動現象が生じていることが明らかとなった。以下に結論を述べる．
(1)CT室内で実施可能な高粘性流体流動実験装置を開発することができた．(2)スケルトナイズ法により間隙構造を可視化，定量評価することができた．(3)今回の解析ケースでは間隙径，間隙率は間隙内流動挙動に一定の影響を与えており，間隙率の方が優位的に流動挙動に影響を与えている．(4)流れ方向の配向性はヨウ化カリウム水溶液流入量との相関がみられないが，間隙の屈曲度は小さいほうが流入量が多くなる傾向がみられた．(5)高粘性流体を含んだ間隙内の溶媒の流動挙動は流入部近傍の間隙構造が影響を与え，間隙のセグメント数は拡散速度を上昇させることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
2022年度で本研究は終了予定であったが、前半はコロナ禍の影響で実験装置の各種材料の入手が遅れが生じ、装置が組みあがったのが2022年度10月であった。それから装置の動作確認をするといった作業が生じたため、研究計画期間内に修了することができず、1年延長申請を行っている状態であることから、評価区分を「遅れている」としている。販売品ではなく、X線CT装置にように独自に組み上げた装置であるため、想定外の不具合も生じた。この修正を現在行っており、2023年度中には研究計画を完了させる予定である。なお、2022年度の成果はシンポジウム論文集に投稿中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は最終年度であったが、想定外に装置の部品の入手に時間を使い，令和4年度は装置の動作確認と問題点を洗い出すことが中心となってしまった。そこで令和5年度まで研究計画を延長し、明確になった装置の問題を早々に解決して、砂質土の異なる密度条件、流体注入条件による実験を行い、その実験結果を画像解析していく。今年度は、特に実験を精力的に進め、先行した数値モデルとの比較検証を行う計画である。
一方、格子ボルツマン法を用いた二相流動解析は、順調に解析を進めてきたため、今年度これまでの成果をまとめていく。
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Report
(4 results)
Research Products
(11 results)
