2019 Fiscal Year Annual Research Report
物理吸収・化学吸収を伴う高気相流量・高粒子濃度スラリー気泡塔の数値予測技術の開発
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18H03756
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
冨山 明男 神戸大学, 工学研究科, 教授 (30211402)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
細川 茂雄 関西大学, 社会安全研究科, 教授 (10252793)
林 公祐 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (60455152)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 気泡塔 / 物理吸収 / 化学吸収 / 抗力係数 / 揚力係数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物理吸収・化学吸収を伴う高気相流量・高粒子濃度スラリー気泡塔の数値予測技術の開発を目指して，気泡塔内気相体積率分布を電気伝導プローブ法及び静電容量式トモグラフィ法を用いて計測するとともに，多流体モデル-界面追跡法ハイブリッド計算技術を駆使して，流動構造の軸方向変化を明らかにした．すなわち，気泡塔内の流動構造は，塔下部の気泡合体・分裂が進展し気泡径が大きく変化する領域，気泡合体・分裂が平衡になりボイド率が軸方向に変化しない領域，及び液相速度の低下とともにボイド率が大幅に増加する自由表面近傍の領域に分類でき，初期液位の変化は合体・分裂平衡領域の幅のみを変化させるため，初期液位が十分に大きくなると塔内平均ボイド率は初期液位に依存しなくなる．また，数値予測に不可欠な楕円形気泡の実用的抗力モデルを開発するとともに，気泡の抗力に及ぼすスラリー粒子の影響を平行平板間二次元気泡実験によりモデル化した．気泡ガス成分の物理吸収における不純物の影響について，実験データベースを種々の不純物の種類及び濃度について取得し，その評価方法を提案した．さらに，物理吸収を伴う気泡流実験データを広範囲の流動条件で取得するとともに，上記単一気泡物理吸収モデルを気泡流計算技術に組み込み，実験結果との比較によりその妥当性を検証した．化学吸収に関しては，水酸化ナトリウムの濃度をパラメータとして二酸化炭素単一気泡の溶解過程を計測し，気泡径，pHをパラメータとして化学吸収による物資輸送係数の整理を進めた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記「研究実績の概要」に記載した通り，本年度当初に予定していた事項について期待していた成果を順調に得られている．気泡塔内流動構造の軸方向変化を明らかにした成果，楕円形気泡の実用的抗力モデルを開発するとともに，気泡の抗力に及ぼすスラリー粒子の影響をモデル化した成果，気泡ガス成分の物理吸収における不純物の影響に関する実験データベースを構築し，その評価方法を提案した成果等については，別表記載の成果一覧の通り，国際学術論文3編，国際会議論文2編，国際会議招待講演2件を通じて広く公開した．その他の成果についても論文等での公表の準備を進めている．これらの成果により円滑に令和2年度の研究に進むことができ，最終的には当初目標を完遂できる見込みである．以上のことから，「おおむね順調に進展している」と評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，これまでの研究で構築したスラリー内大気泡抗力係数相関式の妥当性を検証するために過渡気泡塔内流動を活用した実験を実施する．低粘度流体中の気泡の揚力係数もモデルが欠落しているので，モデル開発を進める．また，気泡塔スケールアップに活用できる高気相体積率 ・高粒子濃度固気液三相気泡流計算手法を開発するために，既に開発済みの多流体モデルと界面追跡法をハイブリッド化した高濃度スラリー系固気液三相気泡流計算手法を高気相体積率に適用できるように改良する．また，単一気泡溶解実験を完遂し，様々な気泡形状に適用できる化学吸収エンハンスメントファクターのモデルを完成し，化学吸収を伴う気泡塔内気泡吸現象への適用性を検討する．これらの結果を2~3報の学術論文に纏める．
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