全ての流動様式に適用できる一次元垂直管内非定常気液二相流モデルの構築

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455093
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 坂口 忠司 神戸大学, 工学部, 教授 (50031076)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 細川 茂雄 神戸大学, 工学部, 助手 (10252793) ; 冨山 明男 神戸大学, 工学部, 助教授 (30211402)
• Keywords: 気液二相流 / 二相流モデル / 流動様式 / 統計変動量 / 空間発展

Research Abstract

本研究では、鉛直管内気液二相流を対象として、これまで実験データが不十分であった遷移領域を含めた全流動様式範囲で、統計平均量と変動量を測定し、流動様式間の遷移条件、遷移機構を明らかにするとともに、実験データに基づく力学も出るを用いて全ての流動様式を網羅した一次元非定常気液二相流の予測モデルを構築することを目的とする。
本年度は、昨年度製作した実験・計測装置を用いて、気泡流からスラグ流への流動様式発展と大気泡の成長に着目し、流動様式発展のメカニズムの把握と統計変動量の測定を行った。また、そ実験データベースを基に変動量を予測可能な数値計算手法の構築を行った。得られた知見を以下に示す。
1 気泡流からスラグ流への流動様式の発達過程は次のようにまとめられる。
(1)小気泡同士が合体し、横方向力が内向きである中気泡ができる。
(2)その気泡が核となり小気泡を集め、集合気泡が形成される。このとき小気泡 は核となる気泡の後流域に集められるため縦方向に発達した細長い気泡(Semi-Taylor bubble)が形成されると考えられる。
(3)集合気泡内の液膜が先頭から徐々除所に消失し、大気泡が形成される。
(4)液膜を降下する気泡や後流域に巻き込まれた小・中気泡が合体することにより、大気泡が更に成長する。
2 液相の乱れは小気泡間の合体を妨げ、流動様式発達が遅らせる。
3 同じ長さの集合気泡と大気泡の上昇速度は、等しい。
以上の実験で観察された現象をモデル化し、計算に組み込むことにより、一次元one-way気泡追跡法を構築し、実験データと比較した結果、構築した数値計算手法が流動様式の空間発展を短時間で予測できる可能性があることを確認した。さらに、環状流領域における数値解析コードを構築し、従来モデルの検討を行った。

Research Products

• [Publications] A. Tomiyama 他4名: "A Bubble Tracking Method for the Prediction of Spatial-Evolution of Bubble Flow in a Vertical Pipe" International Conference on Multiphase Flow ′98 Lyon. (掲載決定). (1998)
• [Publications] 冨山明男 他3名: "鉛直管内気液二相流の統計的特性に関する研究" 混相流シンポジウム′97. 231-234 (1997)
• [Publications] 冨山明男 他4名: "鉛直管内分散性気液二相流の3次元気泡追跡法による解析" 混相流シンポジウム′97. 239-242 (1997)
• [Publications] 冨山明男 他3名: "鉛直管内気液二相流の流動様式発展に関する研究" オ-ガナイズド混相流フォーラム′98 Fukuoka. (発表予定). (1998)