環境における二重拡散現象

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560192
• Research Institution: Toyama National College of Technology
• Principal Investigator: 鎌倉 勝善 富山工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40042832)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中島 栄次 富山工業高等専門学校, 物質工学科, 助手 (70369958) ; 宮下 尚 富山工業高等専門学校, 校長 (80019166)
• Keywords: 二重拡散 / ソルトフィンガー / プルーム / 煙 / 煙突 / 自然対流

Research Abstract

二重拡散自然対流は重力場で温度差ならびに溶質濃度差の二つの原因から密度差が生じ浮力となって流れが発生・持続するもので,工学あるいは環境的ないろいろな場でこの現象が存在する.環境問題では河川,湖水,海洋などへの工場廃水の流入,煙突からの煙,大気中への有害ガスの流出,都市の温暖化等でこの現象の存在が考えられる.これらの現象は熱と物質の移動を伴うが,それらの拡散の速さは異なるので,河川,湖水,海洋,大気などにおける汚染物質は二重拡散による複雑な移動現象を示す.ここでは計算及び実験により汚染物質の移動メカニズムを二重拡散の面から検討した.
(1)工場排水や海水が河川に流れ込むとき,その密度差が大きいと塩水は河川水の下に潜り込み塩水楔ができ環境に大きな影響を与えることがある.また熱塩水の場合は河川水の上に流れ込む場合もある.冷水の入った長方形容器内に温塩水が存在する系での二重拡散自然対流の数値解析を行い,塩水楔における二重拡散現象を検討した.浮力比N=0.5の場合,静止系では三次元的にフィンガーができたが,流動系では二次元的なフィンガーとなった.N=2の場合,静止系では拡散現象以外には何も起こらなかったが,流動系では二次元的な熱プルームが発生した.
(2)高濃度の液塊を温度成層のある水の入った立方体容器の表面下に置いたとき、浮力差による自然対流(プルーム)が生じる。このようなプルーム現象を3次元モデルで数値解析した。この現象は海洋での廃液投棄による深層水汚染などに関連する。浮力比N=l,5で計算した.いずれの場合も高濃度液はバルブ状の頭と尾を持って振動しながら落下した。N=1の場合は落下速度が非常に遅かったがN=5では早く底面に到達した.
(3)煙が垂直に大気中へ放出されるときの二重拡散現象の数値解析を行った.その結果,上空で二重拡散特有の煙の乱れが見られた.

Research Products

• [Publications] Katsuyoshi Kamakura: "Effect of the temperature dependence of fluid property on the degradation process of a double diffusive two-layer convection"Proceedings of 6th Italian Conference of Chemical Process Engineering. Vol.3. 1475-1480 (2003)
• [Publications] Jamshid Pouresfandiary Cham: "Numerical simulation of time dependent double diffusive natural convection in stably stratified fluid under partial heating boundary convection for a circular cavity"Thermal Science and Engineering. Vol.11. 25-35 (2003)
• [Publications] Katsuyoshi Kamakura: "Numerical Analyses of Double Diffusive Convection during Surface Freezing of Salt Solution in a Cubic Enclosure"Proceedings of the International Conference on Fluid and Thermal Energy Conversion 2003. paper No.33. 1-9 (2003)
• [Publications] Katsuyoshi Kamakura: "EFFECT OF THE TEMPERATURE DEPENDENCE OF VOLUMETRIC COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION ON THE DEGRADATION PROCESS OF A DOUBLE DIFFUSIVE TWO-LAYER CONVECTION!"AIDIC Conference Series, published by AIDIC & Reed Business Information. Vol.6. 157-164 (2003)
• [Publications] 鎌倉勝善: "直線的濃度勾配をもつ系の下面を加熱した場合の二重拡散対流"第40回日本伝熱シンポジウム講演論文集. H124. 1-2 (2003)
• [Publications] 鎌倉勝善: "立方体容器内での塩水の表面凝固に伴う二重拡散対流の数値解析"熱工学コンファレンス2003講演論文集. 1. 393-394 (2003)
• [Publications] 鎌倉勝善: "塩水楔における二重拡散現象の三次元数値解析"第41回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 1-2 (2004)
• [Publications] Katsuyoshi Kamakura: "NUMERICAL ANALYSES OF DOUBLE DIFFUSIVE PLUME PHENOMENA DUE TO HEAVY BLOCK SOLUTION IN WATER"The 15th International Symposium on Transport Phenomena. 1-6 (2004)
• [Publications] Katsuyoshi Kamakura: "Double diffusive natural convection in vertical smoke plume"International Forum on Heat Transfer (IFHT2004). 1-2 (2004)