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2013 Fiscal Year Annual Research Report

海底漏出気泡サイズの数式モデル開発

Research Project

Project/Area Number 24656524
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

佐藤 徹  東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (30282677)

KeywordsCO2海域地中貯留 / CO2漏洩の環境影響 / 海底堆積層 / 気泡径 / 砂粒子径 / 気固液三相流 / 水槽実験 / 格子ボルツマン法
Research Abstract

海底でCCSを行うにあたり,圧入したCO2の漏えいによる周辺生物への影響が心配されている.気泡サイズは海中の上昇速度や溶解に大きく関わるため,海水への環境影響にとって重要なパラメータとなる.そこで本研究では,砂堆積物から放出される気泡サイズを計測し,気泡サイズの決定メカニズムについて考察した.
実験には外径10cm×10cm,内径9cm×9cmで高さ138cmの水槽を用いた.まず水槽内に砂をいれ上から水を注ぎ,水槽の下部から乾燥させた空気を圧入し,砂表面から出てくる気泡をCCDカメラで撮影した.流量は100,200,300,400,500ml/minの5段階とし,各ケースについて50~300個の気泡についてサイズを計測した.砂は全て1.0kgずつ用意し砂の高さを8.1(±0.5)cm,砂表面からの水の高さを92(±0.5)cmとした.実験には細砂(粒~3000μm),珪砂(粒径75~1200μm),豊浦砂(粒径~300μm),苫小牧の海底砂の4種類を用意し,ふるいを用いて粒径分布の異なるいくつかの試料に分けた.その結果、砂の粒径の小さい豊浦砂や細砂(小)を使用したときは大きい気泡が多くなり,逆に細砂(大)や苫小牧の砂など粒径が大きい砂で比較的小さい気泡が出ていることがわかった.
数値計算法には格子ボルツマン法を用いた.また気固液三層流のシミュレーションを行うにあたり、流体が粒子に与える力を計算し、運動方程式を直接解くことで粒子の動きを考える.粒子同士の衝突および粒子と壁面の衝突が起きる.粒子同士および粒子と壁面の衝突の過程としては、(1)運動方程式による粒子の移動と位置の記憶, (2)衝突の有無の判定, (3)一番目に衝突するものの選定, (4)衝突後の位置への移動といった手順で、1タイムステップ内に複数粒子と衝突することも扱えるアルゴリズムを開発した.

  • Research Products

    (3 results)

All 2013 Other

All Presentation (3 results)

  • [Presentation] Numerical simulation of the diffusion of CO2 purposefully seeping from seabed in a small bay2013

    • Author(s)
      Chiaki Mori, Toru Sato, Yuki Kano, Dmitry Aleynik
    • Organizer
      Americal Geophysical Union 2013 Fall Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Year and Date
      20131209-20131213
  • [Presentation] 砂状堆積物から漏出する気泡サイズに関する研究

    • Author(s)
      佐藤徹
    • Organizer
      船舶海洋工学会海洋環境研究会
    • Place of Presentation
      大阪大学 U2棟2F講義室
  • [Presentation] 半閉鎖湾内のCO2拡散に関するマルチスケール数値モデリング

    • Author(s)
      森 千晶、佐藤 徹、加野友紀、ALEYNIK, Dmitry
    • Organizer
      第18回動力・エネルギー技術シンポジウム
    • Place of Presentation
      千葉大学 西千葉キャンパスけやき会館

URL: 

Published: 2015-05-28  

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