2014 Fiscal Year Annual Research Report
気泡‐膜間流動の乱流計測と詳細数値予測によるろ過膜洗浄機構の解明
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25820047
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
林 公祐 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60455152)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 水資源 / 混相流 / 気泡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で理解しようとしている減少（気泡群による膜洗浄）は，気泡運動，気泡が誘起する液体の流れ，流れと膜の相互作用等を含んでおり，本対象を単に直接観察するだけでは，正しい理解は得られない．そこで，実験，シミュレーションともに，この現象を素要素に分解し，単一気泡，気泡群，単一気泡と膜の相互作用の理解へと進めて行くことで，膜洗浄における各素過程の役割を明らかにし，最終的に全ての要素を含む気泡群ー膜での膜洗浄メカニズムを明らかにすることを計画して進めた．これまでの研究で構築してきた計測・画像処理システム及び気泡運動モデリング技術を活用して小規模疑似二次元気泡装置壁面上の模擬汚れ近傍における気泡運動を画像分析により把握し，単一気泡による洗浄効果を検討した．その結果，壁面をスライドする気泡による洗浄効果がウエイク効果に比べて卓越していること，気相流量が増加すると気泡数及び気泡径が増加するが気泡速度もともに増加するため，ある流量以上では洗浄効果の増加は得られないことを確認した．このことにより，パイロットスケール実験において指摘されている事実をある程度説明出来る．また，膜表面に生じるせん断応力や三次元的な流れの構造を把握するために，既開発計算技術を応用・発展させた気泡シミュレーション技術の開発を進めた．まず，界面を追跡する機能について，表面張力と粘性力の適切な評価法について検討し，論文として発表した．本計算技術により，上述の気泡が誘起する液相流れによる模擬汚れの洗浄速度とせん断応力の関係を調べるための二次元気泡シミュレーションを実施し，実験と定性的に一致する結果が得られた．また，詳細な三次元シミュレーションを実現するための解適合格子法に基づく気泡シミュレーション技術を開発した．
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