2013 Fiscal Year Annual Research Report
空間フィルタ流速計の高度化と気泡乱流の３次元・マルチスケール分析
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25289033
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
細川 茂雄 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10252793)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨山 明男 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30211402)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 計測工学 / 可視化 |
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| Research Abstract |
発電プラント，ボイラ等の沸騰を伴うエネルギプラント，気泡塔などの化学プラント，マイクロバブルによる水環境改善など多く工業機器・システムにおいて気泡を含む流れがその効率，性能と強く関係している．このため，気泡を含む流れ場における乱れの特性の詳細な理解が求められているが，既存計測手法のみでは，その把握が容易ではない．本研究では，申請者らが開発した高精度流速計測手法である空間フィルタ流速計を高度化・高機能化し，複雑流動を多次元かつ幅広いスケールで高精度・高時間・高空間分解能で速度計測できる手法に発展させるとともに，本手法を用いて気泡を含む流れ場内の乱流特性を詳細に調査し，気泡が液相乱れに及ぼす影響を理解するとともに気泡乱流モデルを開発することを目的としている．
平成25年度は、計測手法である空間フィルタ流速計（SFV）の高度化と気泡乱流における乱流特性を調べるとともに、気泡流における基礎知見を得るため液適内外流れも測定した．
①SFVの高度化に関しては，既存のSFVの高精度化と高解像度かを実現するとともに，分子タグ法と融合し，分子タグSFVを開発した．これにより，幅広いスケールでの乱流スペクトル測定が可能となった．さらに，分子タグSFVを応用し速度・速度勾配同時計測手法も開発した．
②気泡乱流実験に関しては，気泡乱流の実験データを取得するための実験装置を製作するとともに，基本的な時間平均速度分布，気泡分布，乱流統計量を取得した．また，比較的大きいスケールの乱流特性を調べた．
③液滴内外速度測定に関しては，高分解能化したSFVを用いることにより，界面近傍までの速度計測が可能となり，液滴内外の界面での速度勾配を精密に測定できることを示した．これにより，界面における剪断応力分布を良好に評価でき，内外剪断応力分布の差から界面活性剤の界面への吸着に伴うマランゴニ力を評価できる可能性があることを示した．
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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
初年度計画していた、空間フィルタ流速計の高度化、気泡乱流実験装置の製作ならびに気泡乱流場における時間平均速度、乱流強度分布を測定した。さらに、分子タグSFVを発展させ、速度および速度勾配の同時計測手法を開発するとともに、鉛直ダクト内単相流および気泡流における乱れエネルギ収支を測定し、その特性を明らかにした。また、液滴内外流動をSFVで測定し、界面活性剤の分散相内外の速度分布に及ぼす影響も示した。以上のように、本年度の成果は、当初計画をほぼ全て完了しており、それ以外の成果も得られいることから、概ね順調に進展したものと評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降も当初計画に沿って、SFVの高度化、気泡乱流の実験的分析ならびに数値計算手法開発と乱流モデルの検討に関して研究を進展させる。本年度の研究より、SFVでは当初計画以上に微弱な乱流分析が可能な可能性を見いだせたが、極めて微弱な変動速度の検出には、更なる速度計測の高精度化が望まれる。次年度は、速度評価制度の更なる向上も試み、より詳細な乱流分析を目指す予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
実験装置の改良に際し、現行装置で確認しておくべき事項が残存したため、装置設計時期を遅らせたため、予算執行も次年度にずれ込んだ。
現行装置での確認事項確認後、実験装置改良部品を設計し、予算を執行する。
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Research Products
(7 results)
