Study of Dynamic Critical Phenomena for TypeIII Hydrogen Fluid Mixtures with Accurate Measurement of their Supercritical Transport Properties

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K06198
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 迫田 直也 九州大学, 工学研究院, 准教授 (30532337)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 水素 / 混合物 / 超臨界流体 / 熱物性 / 輸送性質

Outline of Annual Research Achievements

臨界点近傍を含めた超臨界域での輸送性質を測定するため，装置の設計を行い，装置中心部である可視化窓付の圧力容器を製作した．本容器は内容積が約40 ccで，容器内に非定常短細線法を用いた熱伝導率測定用のプローブまたは振動細線法を用いた粘性係数測定用のプローブを取り付けることができる．圧力容器は液体恒温槽内に設置することで，系内の温度が異なるデッドスペースを排除した．可視化窓により，試料の状態や臨界タンパク光による着色を確認できるようにした．輸送性質の決定には，密度の情報も必要となるが，等容法または抽出法を適用し，状態曲面を考慮して安全な方法で測定できるように多様性を持たせた．本装置は，圧力センサも液体恒温槽の中に設置しており，より精密な圧力センサを用いて校正を行うことで，不確かさ2 kPa程度の測定が可能であると推定される．また，混合系の測定では，密度の他，組成の決定が困難である場合が多く，測定した試料の組成はガスクロマトグラフにより決定可能であるが，繰り返し測定によるばらつきが大きいのが現状であった．そこで，測定手法を検討して改善を行い，1 %を下回る不確かさでの測定が可能となる見通しが付けられた．Type III混合系の輸送性質における状態曲面の信頼性評価はこれまでほとんど行われていない．既存の状態方程式および相関式から，同じType III混合系でも水素 + 二酸化炭素と窒素 + 二酸化炭素の系では，特に飽和における輸送性質の状態曲面が大きく異なることが分かった．さらに，純物質の熱伝導率では臨界点近傍で極大値を取るが，これらの混合系において，現状の計算結果では極大値が現れず，本実験によって解明すべき領域について検討を行った．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は，これまで密度および輸送性質の測定における大きな不確かさ要因であったデッドスペースの影響と混合系の組成の決定に関して，測定方法および配管系の検討を行うとともに，装置の改良を行い，さらに輸送性質測定のための圧力容器を製作した．測定に必要な計測機器関連は既に構築されており，プローブ部分を新たに製作することで，測定に着手できる準備が整った．また，現状の輸送性質における状態曲面に関しても検討を進めた．

Strategy for Future Research Activity

圧力の精密測定のための校正を行い，物性値が既知の流体を用いて，各容器の内容積を決定する．また，混合系の組成決定のため，基準試料を用いてガスクロマトグラフの検量線を得る．そして混合系における組成および密度の精密測定を行う．熱伝導率および粘性係数の測定では，プローブを製作し，純物質を測定することで，装置の検証を行った後，密度測定同様，超臨界域での混合系の測定を行う．

Causes of Carryover

熱伝導率と粘性係数の両方を同一の圧力容器で測定できるように設計，製作した．この製作に時間を要したため，各種プローブの製作のための使用額が，繰越となった．これまでも同様なプローブの製作を行った知見があり，これらの製作・購入を予定している．