2021 Fiscal Year Annual Research Report

Development of numerical method for interaction of flexible structures and bubbly flow

Research Project

Project/Area Number	20K14652
Research Institution	Kobe University
Principal Investigator	栗本遼神戸大学, 工学研究科, 助教 (90711903)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2022-03-31
Keywords	気泡流 / 揺動物体 / 膜 / 除去速度
Outline of Annual Research Achievements	水処理技術である膜分離活性汚泥法に使用される中空糸膜の洗浄手法として分散性気泡流を利用したものがあり，その洗浄の一因として気泡流の流動に伴う膜の揺動がある．ランニングコスト改善には，中空糸膜群内流れの詳細把握や気泡流の分散性と流動の観点からの膜揺動の促進が必要であり，これらの把握・検討には数値計算が有効である．そこで本研究では揺動膜群と分散性気泡流が作りだす流れを予測できる数値計算手法の開発を最終目的とする．前年度は，中空糸膜群と分散性気泡流に関する基礎的知見の把握を目的として，液相が水である場合の流動および膜に付着した汚れの除去速度に関して調査した．2021年度は主として中空糸膜群と分散性気泡流に関する非ニュートン流体（キサンタンガム水溶液）を用いた実験を実施し，液相物性の違いが汚れの除去速度に及ぼす影響を調べた．気泡は散気管から放出された際，液相物性による気泡径の違いは小さい．しかし，上昇した後の膜下部固定部において気泡の分裂が生じるが，その分裂による気泡径変化は液相物性に大きく依存することを明らかにした．膜に付着した汚れの除去速度は液相物性の影響を大きく受ける結果となっており，膜間を上昇する気泡径の大きな違いが起因していると推察される．各液相物性において膜の揺動が除去速度に影響を及ぼす膜の位置と影響を及ぼさない膜の位置が確認され，これは気泡上昇時の通過位置や頻度，非ニュートン流体中特有の気泡運動が影響を及ぼしている可能性が高い．得られた結果は国際学術雑誌論文1編及び国内会議1件にて公表したほか，別に国際学術雑誌論文1編を現在纏めているところである．