2020 Fiscal Year Research-status Report
Mechanism of two phase thermo-fluid behavior in porous media and its high accuracy numerical analysis based on multi-scale effect
| Project/Area Number |
19KK0109
|
|---|
| Research Institution | Kumamoto University |
|---|
Principal Investigator |
椋木 俊文 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (30423651)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大谷 順 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (30203821)
才ノ木 敦士 熊本大学, 国際先端科学技術研究機構, IROAST准教授 (70802049)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2023-03-31
|
| Keywords | オイルサンド / 多孔質材料 / 高粘性流体 / Ｘ線ＣＴ画像解析 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今回使用する試料は，カナダ産のコアサンプルである．ビチューメンは，温度15~18℃において粘性が一般に10Pa・sと高粘性流体ではあるが，油分の揮発防止などの観点から冷凍保存されている．今回，まずオイルサンドから砂分のみを抽出し，その砂の物理特性を調べる実験とオイルサンドの状態で粒子の堆積状況と間隙構造を評価するためにマイクロX線CTスキャナを用いて画像解析による物理量の評価を実施した．冷凍状態のコア端部をのこぎりで丁寧に切り落とし，ここからまずCT撮影用に内径10mmの肉厚は薄いアルミチューブを使って直径10mm高さ20mmの供試体を採取した．次に残った試料をメタノールを用いて洗浄し，砂とビチューメンを分離した．また取り出した砂に対して土粒子密度試験と粒度試験を行った．コアから抜き取った供試体のCT画像から無拘束状態のオイルサンドの間隙率，粒子形状，間隙構造を評価した．
マイクロCT画像のような高解像度な画像解析において，領域分割による材料の定量評価が可能となる．領域分割とは，この各材料を代表するCT値の境界値を決めることである．本研究では空間情報を損なわずに分轄するMaker-controlled Watershedと呼ばれる方法を使って分轄できる．黄色と緑の領域の総和が間隙体積に相当することから，間隙比を求めることができ，オイルサンドの土粒子密度から供試体の間隙率と乾燥密度は42.8％と1.48g/cm3と求めることができた．本研究では粒子の形状を評価するためにWadellの球形度（Sphericity）を用いて、オイルサンド粒子の球形度を画像解析した。その値は0に近いほど複雑で1に近づくほど球体に近いということになる．オイルサンドの球形度は0.6-0.8付近に分布していることがわかり，粒子形状が球形よりも複雑な形状をしていることが分かった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
世界的コロナウィルス感染拡大のため、研究代表者が共同研究相手先を訪問するというアクションが起こせない点があるものの、メールやテレビ会議システムを使って、何とかコミュニケーションを図り、研究を進めている状態である。この点において、計画がやや遅れていると報告している。また、この研究のコアとなるオイルサンドを入手する必要があったが、共同研究先のテレワーク環境の影響も重なって、従来よりも半年遅れてコアサンプルが入手できた。そのため、コアサンプルの物性評価に留まる実験となっており、2020年度に完成を計画していた実験装置については2021年度に計画をずらしている。
上記の遅延事項のほかに、オイルサンドコアのCT撮影を行い、その間隙構造の画像解析を実施した。また。ビチューメンの粘性をシロップで模擬したシロップサンドを開発し、それを用いた模擬VPAEX実験を実施し、その現象を有限要素法で評価する研究を行った。さらに、二相流格子ボルツマン法を用いてCT画像から得られた砂の間隙創造データを対象に二相流動シミュレーションを実施し、油の流動挙動を評価する研究を実施した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
当初計画していた実験装置については、2020年度を計画していたが、その後の議論で修正する点が出てきたため、2021年度完成予定で現在研究活動を進めている。2020年度にオイルサンドをCT撮影するためのノウハウをおよそつかんだのに加え、2021年度から新たに高出力マイクロフォーカスCTスキャナとナノフォーカスCTスキャナが導入されたことを機に、オイルサンドの細粒分の性状を観察する研究を加速させる計画である。また、ビチューメンそのものを使った実験には限りがあるため、ビチューメンに代わる高粘性流体として、高粘度に調整したシロップを作製し、シロップサンドを用いてオイルサンドの挙動を模擬することにより、実験を推進する計画である。
|
| Causes of Carryover |
世界的コロナウィルス感染拡大の影響で共同研究先のロックダウンが続き、しばらくコミュニケーションが取れない時期が続いた。また出張旅費を全く消化していないため、その予算を先送りする必要がある。加えて実験装置の開発に関する具体的な議論がスムーズにできず、また当時の自分の愛でだけではいくつか懸念事項もあったため、装置の開発を延期した。2021年度の旅費と実験装置の開発費を確保するため、2021年度執行計画に予算を計上している。
|
