2013 Fiscal Year Annual Research Report
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24656524
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
佐藤 徹 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (30282677)
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| Keywords | CO2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 |
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| 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．
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