1997 Fiscal Year Annual Research Report
剪断力の働く気液界面を通しての物質と熱の輸送機構の流体力学的解明と相似性の検討
| Project/Area Number |
09450079
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
小森 悟 九州大学, 工学部, 教授 (60127082)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嶋田 隆司 日本学術振興会, 特別研究員
長田 孝二 九州大学, 工学部, 助手 (50274501)
|
|---|
| Keywords | 物質移動 / 気液界面 / 乱流構造 / せん断力 / 直接数値計算 |
|---|
| Research Abstract |
剪断力が働く気液界面を通しての物質と熱の輸送機構を解明することは、流体工学分野で扱う蒸発・凝縮・ガス吸収装置等の工業装置の最適設計を行う上で重要であるとともに、もっと大きなスケールでは大気・海洋間での海水面を通しての物質と熱の交換量を正確に評価する上で極めて重要である。しかし、この剪断力の働く気液界面を通しての物質と熱の輸送機構に関しては十分な理解がなされていない。
そこで、本研究は、風波水槽を用いた物質移動と伝熱実験を行うことにより剪断力が働く気液界面を通しての熱と物質の移動機構を解明すること、および、熱と物質の移動係数を正確に評価することを目的とした。初年度である本年度は流動パラメータの基本となる気液界面上に働く抗力から計算できる摩擦速度の評価法について直接数値シミュレーション(DNS)を気液界面のモデルである2、3次元波状壁面上の乱流場に適用することにより検討した。その結果、気液界面上でのレイノルズ応力の直接測定による摩擦速度の評価法が3次元的な形状をもつ気液界面に対しては十分な精度をもつことが明らかになった。さらに、風波水槽内の水を真水とした場合と食塩水とした場合に対して炭酸ガスの放散による物質移動実験を行い、振動格子乱流水槽内で本研究グループが見つけた従来の研究結果と同様に、風速(摩擦速度)の小さなブレークの無い気液波界面に対しては海水に対する物質移動係数は真水のそれに比べて半減するが、風速(摩擦速度)の大きな気液界面が崩壊する場合には、真水と海水の間に物質移動係数の違いがないことが明らかにされた。さらに、気液界面の崩壊に伴う気泡のエントレインメントが物質移動に及ぼす効果を実験による気泡径測定とDNSによる物質移動速度の評価の両面から考察した。また、伝熱実験および成層効果の実験に関しては次年度の実験に備えて実験装置の組立と調整を行った。
|
