重力場、微小重力場における細管内気泡流の界面積濃度輸送機構の解明に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14580542
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 日引 俊 京都大学, 原子炉実験所, 助教授 (30228746)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 波津久 達也 東京商船大学, 商船学部, 助手 (60334554) ; 賞雅 寛而 東京商船大学, 商船学部, 教授 (20134851)
• Keywords: 微小重力 / 界面積濃度 / 気液二相流 / 輸送方程式 / 混相流 / 二流体モデル / 界面輸送項 / 原子力

Research Abstract

機械工学、原子力工学、化学工学等、幅広い工学分野における二相流解析手法として一般的な二流体モデル(注:二相それぞれに定式化された質量、運動量、エネルギー保存式の計6式からなる方程式系)は、二相界面での相関相互作用を取り扱うことができるため、最も厳密なモデルであるとされている。しかし、二流体モデルがその真価を発揮するには、二相の相互作用の強さを表す界面輸送項(=界面積濃度×駆動力)の適切なモデル化が必要となる。
本研究では、重力場および微小重力場における細管内気泡流の界面積濃度輸送モデルの開発に関する界面積濃度輸送方程式の開発、データベースの構築を目的としており、本年度、得られた研究成果は、以下の通りである。
1.二相流ループの構築を行った。
2.二相流計測系の整備を行った。
3.二相流試験部の製作を行った。
4.二相流実験を行い、データベースの構築を行った。得られた二相流データを基に界面積濃度輸送機構に及ぼす重力場の影響に関して詳細な考察を行った。
5.重力場および微小重力場に適用可能なドリフトフラックスモデルの開発を行い、データベースとの比較によりその妥当性を示した。
上記の研究成果より、過去10年間に渡り、論争されてきた壁面摩擦損失の存在する管内流では、微小重力場において気液間の相対速度が零にならないことを解析的、実験的に示した。また、重力場、微小重力場では、気泡の合体機構が異なり、気泡の合体機構に及ぼす液相レイノルズ数の効果を実験的に示した。

Research Products

• [Publications] T.Hibiki, M.Ishii: "Interfacial area concentration of bubbly flow systems"Chemical Engineering and Science. 57・18. 3967-3977 (2002)
• [Publications] T.Hazuku, T.Takamasa, T.Hibiki, M.Ishii: "Interfacial Area Change in Bubbly Flow under Microgravity Environment"Proceedings of Fifth JSME-KSME Fluids Engineering Conference. No.02-207. 1018-1023 (2002)
• [Publications] T.Hibiki, R.Situ, Y.Mi, M.Ishii: "Modeling of bubble-layer thickness for formulation of one-dimensional interfacial area transport equation in subcooled boiling two-phase flow"International Journal of Heat and Mass Transfer. 46・8. 1409-1423 (2003)
• [Publications] T.Takamasa, T.Iguchi, T.Hazuku, T.Hibiki, M.Ishii: "Interfacial area transport of bubbly flow under microgravity environment"International Journal of Multiphase Flow. 29・2. 291-304 (2003)
• [Publications] T.Takamasa, N.Fukamachi, T.Hazuku, T.Hibiki M.Ishii: "Interfacial area transport of bubbly flow at low Reynolds number under microgravity environment"Proceedings of Eleventh International Conference on Nuclear Engineering. (in print).
• [Publications] T.Takamasa, T.Goto, T.Hibiki, M.Ishii: "Experimental study of interfacial area transport of bubbly flow in small diameter pipe"International Journal of Multiphase Flow. (in print). (2003)