高速および低速気液混相流の実験研究

• 研究課題/領域番号: 05805046
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 水工水理学
• 研究機関: 東洋大学
• 研究代表者: 荻原 国宏 東洋大学, 工学部, 教授 (60058071)
• 研究分担者: 田中 修三 東洋大学, 工学部, 助教授 (40139043)
• 研究期間 (年度): 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 800千円 (直接経費: 800千円); 1993年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: 空気混入流 / 2層流 / スラグ流 / ダム放流管内の流れ / ボイド率 / プラグ流 / 下水管内の流れ / 気液混相流

研究概要

土木構造物として低速気液混相流としては下水管内の流れ、高速気液混相流としてはダムの放流管内の流れが想定される。前者は設計時に流量が最大にになるような水深(満管ではなく内径の約90%の水深)で水が流れるように断面を決定している。しかし空気の流れについては全く考慮していない、そのため空気を伴った流れとなり時にはマンホールの蓋が飛ぶような現象が生じている。また高速流れとしてのダムの放流管では空気が給気管へ流れ込むことにより音が生ずる、下流放流池に空気が間歇的に流出するすることによって振動が発生する等の現象が生じている。
本年度は内径8.5cmと10cmで長さが8mの二つの管路を作成し、前者は低速流れ用として落下水流により、後者は高速流れ用としてゲートからの流出の実験を行なった。水の実流速を1m/sから8m/sの間にゲートで開度を設定して空気混入流れを発生させた。管内に発生する流れのパターンを Mandhane の流動様式線図と比較してみた。主として発生している流れは気泡流、層状流、プラグ流、スラグ流であり、上流から下流に向かい同一管路内に幾つかの流れが共存している。これは下流に行くに従って空気は水から分離して上層部を流れるようになり、気泡流、層状流、プラグ流、スラグ流と変化する。しかし Mandhane の流動様式線図では空気と水の見かけの流速(流量を管の断面積で割った値)で分類しているために上記のように同一管路内で生じている複数の流れも1点として表示され流れの様式として分類をする事が出来ない。
このためには別途水と空気の実流速を使って分類しなければならない事が判明したが、そのためにはボイド率を正確に把握する必要がある。しかしボイドを正確に実時間で測定するの困難で有った。今後画像解析の手法を使用してボイド率の測定をするとともに、模型での流れと原型での流れの間の相似性についても研究を進める予定である。