マイクロチャンネル管群内気液二相スラグ流を用いた高効率流体輸送システムの基礎研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12875043
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 片岡 勲 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80093219)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 忠義 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10294018) ; 吉田 憲司 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50314365) ; 大川 富雄 大阪大学, 大学院・工学研究科, 講師 (20314362)
• Keywords: 気液二祖流 / 表面張力 / 接触角 / マイクロチャンネル / 高効率流体輸送 / 圧力損失 / スラグ流

Research Abstract

マイクロチャンネル内の気液二相流の特性を利用して、わずかな吐出圧で液体を高い位置まで効率的に輸送する装置の開発とそのために必要となるマイクロチャンネル内気液二相流の流動特性の研究を行った。
まずマイクロチャンネル内の液体スラグの静的な特性についての実験と解析を行った。マイクロチャンネル内では表面張力により液体スラグは外力を加えることなく保持される。これは、液体スラグの上下面の後退接触角と前進接触角の差によるものであり、液体スラグの長さと、接触角の関係を実験的に測定した。液体スラグな長くなるにつれ前進接触角は大きく増加し、後退接触角はわずかに減少した。この測定結果は、表面張力と重力のバランスからの液体スラグの界面形状の解析結果と良い一致を示した。また、固体(この場合にはガラス)表面のわずかな性状の違いにより、接触角、液体スラグの保持特性が大きく影響を受けることが明らかとなった。
次に、マイクロチャンネル内に気液二相スラグ流を流動させ、ボイド率、スラグ速度を様々に変化させてその摩擦圧力損失を測定した。その結果、マイクロチャンネル内の摩擦圧力損失は、液体スラグ部分の剪断力による圧力損失のみではなく、気液界面における圧力損失も考慮する必要があることが明らかとなった。こうした、気液界面の圧力損失を評価するため、気液界面近傍での流れの数値シミュレーションを行い、そこでの二次流れの効果があることを明らかにした。しかしながらマイクロチャンネル内の垂直気液二相流では、気液二相スラグ流のによる静圧の低減効果が大きく、少ない圧力で液体を高いまで輸送することが可能であることが実験的に示された。また、こうしたマイクロチャンネル内の気液二相流の特性を利用した高効率液体輸送装置の開発のため、自律的に気液を混合する混合部を作成した。

Research Products

• [Publications] Isao.Kataoka, et al.: "A STUDY ON FLOW BEHAVIOR OF GAS-LIQUID TWO-PHASE SLUG FLOW IN MICROCHANNEL"Proceedings of NTHAS2 : Second Japan-Korea Symposium on Nuclear thermal Hydraulics and Safety, Fukuoka, Japan, October 15-18,2000. Vol.1. 438-443 (2000)