海洋鉱物資源開発を対象とした大口径配管における固気液三相流摩擦損失推定技術の構築

Research Project

Project/Area Number	22K04568
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 24020:Marine engineering-related
Research Institution	National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
Principal Investigator	高野慧国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 主任研究員 (90636820)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	正信聡太郎国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (80373413)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywords	海洋鉱物資源 / 固気液三相流 / 摩擦損失 / エアリフトポンプ / エアリフト
Outline of Research at the Start	近年、レアアース泥や表層型メタンハイドレートといった海底資源を対象に、配管内にガスを供給し生じる外部との密度差を利用したガスリフト方式での揚収に関する研究が盛んになってきた。資源である固体、ガス及び海水を、管内をとおして海底から運ぶためのシステムの設計及び運用に役立てるため、管内をそれらが通過する際に生じる損失を推定するための手法を構築する。
Outline of Annual Research Achievements	海洋鉱物資源の開発においては、海底から資源を洋上へ回収するために、ポンプを用いて固液二相流で移送する方法や、管内に空気やガスを供給し、管内と管外の密度差を利用して上昇流を発生させるガスリフトポンプを用いた方法等が検討されている。ガスリフトポンプを用いた方法では、管内を資源と海水と空気の三種類、すなわち固体と液体と気体が混合された状態で移送されることになる。しかしながら現時点で、海洋鉱物資源の生産には技術的な課題が多く、その中の1つに管内における固気液三相流（固体、液体、気体）の摩擦損失の推定が挙げられる。固気液三相流が移送される際の摩擦損失推定手法を構築することは、生産システムの設計や運用に役立つと考えられる。そこで、本研究では固気液三相流の摩擦損失の推定手法の構築を目的とした。はじめに気液二相流の摩擦損失推定手法に関する既往の研究について調査した。その結果、気液二相流の摩擦損失の推定手法としては大別すると3つに分けられることがわかった。さらに既往の研究から得られた鉛直管における気液二相流の摩擦損失の実験結果と、推定手法で求められた摩擦損失を比較することで、精度が良い推定手法を見出した。次に、その推定手法を鉛直管における固気液三相流に適用できるように拡張した。拡張した推定手法を検証するために、既往の研究から得られた25～40mm程度の内径を有する配管内を流れる固気液三相流の摩擦損失の実験結果と比較と推定結果を比較した。比較の結果、本研究で提案する手法を用いれば25～40mm程度の内径を有する配管においては固気液三相流の摩擦損失を推定できることがわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 鉛直管を対象とした固気液三相流の摩擦損失推定手法が構築された。当該手法が大口径配管にて適用可能であるかを令和５年度に調査する計画であり、おおむね順調に推移しているとした。
Strategy for Future Research Activity	令和５年度は、大口径配管を対象とした実験を実施し、摩擦損失に関する実験データを取得するとともに、令和４年度に構築した手法の妥当性を検証する。