超マイクロキャピラリー流路内気液混相流の流動機構に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650179
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 芹澤 昭示 京都大学, 工学研究科, 教授 (10027146)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 功刀 資彰 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40301832)
• Keywords: 超マイクロキヤピラリー流路 / 気液混相流 / 流動様式 / 可視化観察 / ボイド率

Research Abstract

本年度は気液混合器及び試験部を含む実験装置の改良と精緻な観察を保証する測定系の改良を中心とした実験系の手直しと、実験の再現性の確認及び圧力損失、ボイド率相関式の検討をおこなった。
1)実験装置の改良と試験部製作
超微細流路では圧損が大きく、流れも間欠的になり易いため、安定した気液二相流動を可能とする気液混合器のデザインが重要となる。本年度は内径80ミクロン径の透明な石英管を試験部に用いて種々の気液混合部を製作し、気液二相流動の安定化を試行錯誤的に追求した。また、気相、液相導入部分を全てステンレス細管に替え、試験装置を新し、気体の圧縮性の影響を可能な限り排除した。
2)可視化観察系の充実と流動様式とその機構の観察
高精細マイクロスコープを用いて、内径80μmの透明石英管内空気-水二相流の流動様式を観察し、流動様式線図を求めた。前年度に25μm及び100μm径の試験部で観察した結果と比較検討し、流路径の影響を評価した。また、昨年度求めた流動様式線図と比較し、定性的に一致することを確認した。また、無重力状態下で観察される液リング流が100μm径以下のマイクロチャンネルに特徴的な流動様式であることを確認すると共に、表面張力支配型気液二相流固有の性質を有することを明らかにした。
3)ボイド率及び圧力損失相関式の検討
気液二相流動の基本特性であるボイド率及び圧力損失について自己及び他の研究者の測定結果をもとに検討を行い、前者についてはAhmand式または均質流モデルが、また、後者については修正Chisholm式が適用できることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] A.Serizawa, T.Kunugi, O.Takahashi: "Two-Phase Flow in Microchannels"Proc. of the 4^<th> Pacific Rim Thermal Science and Energy Engineering Workshop, Japan. 136-141 (2002)
• [Publications] 芹澤昭示, ジピン・フェン, 河原全作: "マイクロチャンネル内の気液二相流"日本混相流学会年会講演会2002講演論文集. 281-284 (2002)
• [Publications] A.Serizawa, Z.P.Feng, Z.Kawara: "Two-Phase Flow in Micro-Channels"Int. Journal of Experimental Heat Transfer, Thermodynamics and Fluid Mechanics. Vol.26. 703-714 (2002)
• [Publications] A.Serizawa, Z.P.Feng: "Two-Phase Flow in Micro-Channels"Handbook of Heat Exchanger Design Update Begell House Publishing Co.. (印刷中). (2003)