浮力対流と超音波を利用した無せん断乱流混合反応促進技術 ―マイルドな攪拌機能を有する高効率反応器の開発―

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555059
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小森 悟 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60127082)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神崎 隆男 電力中央研, 大気科学部, 主任研究員 ; 黒瀬 良一 電力中央研, エネルギー化学部, 研究員 ; 長田 孝二 京都大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50274501)
• Keywords: 温度成層 / 浮力対流 / 乱流混合 / 反応促進

Research Abstract

本年度は、不安定な密度成層状態下で発生する浮力対流を利用して乱流混合反応促進技術を開発するための実験を行った。上下二層の流れを作り出せる小型水槽内に、上下層流れの速度を同じにして上層流れの温度を低く、下層流れの温度を高く設定した不安定温度成層流、および、上下層流の温度を同じにして上層と下層の流れに速度差を与えたせん断流れを形成させた。また、上層の流れに弱酸の水溶液を、下層の流れに弱アルカリの水溶液を流すことにより瞬間反応を起こさせた。この乱流場で、瞬間速度をレーザドップラ流速計、反応物の瞬間濃度をレーザ蛍光法を用いて同時測定し、反応量を評価した。その結果、不安定成層が存在する場合には、浮力対流によって化学反応が大幅に促進されることがわかった。また、速度変動のスペクトルから、不安定成層乱流場では大スケールから小スケールにいたる流体の乱れが増加することによって混合界面が複雑に変形し、その結果反応が促進されることがわかった。さらに、密度成層が存在する乱流場を計算するための乱流クロージャモデルの開発についても試みた。なお、当初計画していた超音波利用による反応促進については、研究費不足等のため本研究経費での実施を取り止めた。今後も本研究では、複数の乱流場に対して、浮力対流による混合促進に焦点を絞って研究を行う予定である。

Research Products

• [Publications] 長田孝二,小森 悟: "DNS による強い安定成層下での アクティブスカラ と パッシブスカラ の乱流拡散の違いの評価"日本機械学会論文集(B編). 65巻638号. 3439-3446 (2000)
• [Publications] K.Nagata and S.Komori: "The Effects of Unstable-Stratification and Shear on a Rapid Reaction in Grid Turbulence"Journal of Fluid Mechanics. 408. 39-52 (2000)
• [Publications] Y.Wang,K.Nagata and S.Komori: "A Second-Moment Closure Model for Strongly Stably-Stratified Grid Turbulence"AIAA Journal. (受理). (2000)