1999 Fiscal Year Annual Research Report
崩壊する風波気液界面での物質輸送に及ぼすリップルと気泡と液滴と汚れの効果
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11450077
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小森 悟 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60127082)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三角 隆太 日本学術振興会, 特別研究員
長田 孝二 京都大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50274501)
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| Keywords | 風波乱流 / 物質輸送 / リップル / 気泡 |
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| Research Abstract |
本年度は、強いせん断力により気液界面(波)が崩壊する場合の気液界面を通しての物質輸送機構を波の崩壊に伴う気泡の巻き込み、および界面の汚れと関連づけて明らかにすることを目的として実験を行った。水槽の上に気流を発生させる風波水槽を用いて、その中で炭酸ガスの放散実験を行うことにより物質輸送速度を計測した。気泡に関しては、径、速度および数密度の実測値と乱流場での気泡と気泡まわりの流れの直接数値計算(DNS)により気泡の物質輸送への貢献度を評価した。さらに、別の小型振動格子乱流水槽を用いて、気液界面上に種々の濃度をもつ重油を投入した場合の物質輸送速度を計測することにより、気液界面の汚れが物質輸送に及ぼす影響を明らかにした。その結果、波の崩壊時に巻き込まれる気泡が物質輸送に貢献する割合は最大でも7%程度にしかすぎないことがわかった。この結果は、波の崩壊時に気液界面を通しての物質輸送量が急激に増大する原因が気泡の巻き込みによるものだとする従来の通説を大きく覆すものである。また、重油による表面汚れが物質輸送に及ぼす影響に関しては、風速が小さく波が崩壊しない場合は表面汚れによって物質移動速度が大幅に減少するものの、風速が大きく波が崩壊する場合は物質移動速度は重油汚れがない場合と等しいことがわかった。これは、界面の崩壊により内部の汚れていないフレッシュな流体が表面を更新するため、表面汚れの影響がなくなるためであると考えられる。
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