| 研究概要 |
本研究は高濃度固気二相流中に現れるメゾスケール構造の流動を制御することを目的として行われた.まず,流動層を対象として,層内に発生する気泡の大きさや挙動を制御する目的で,吹き込む気流に脈動を付加した.ある周波数域で脈動を付加したときに特徴的な気泡の発生パターンが得られることが,実験,数値計算の両方で確認された.しかし,実験と計算で気泡挙動に差異も見られた.空気分散板における圧力損失を考慮した数値計算を行うことで計算結果は実験結果とよく一致するようになり,数値計算において空気分散板の圧力損失の影響を考慮する必要があることが明らかとなった.以上の結果から,気流脈動の付加により流動層内気泡挙動を制御できる可能性があり,最適操作条件を数値解析により求めることが可能になると考えられる.
次に,スタンドパイプ流れにおけるプラグの挙動について調べた.管壁の影響を考慮して流体抵抗係数を補正することで計算と実験におけるプラグ長さおよび移動速度が定量的に一致することを確認した上で,計算結果からプラグの長さ,移動速度,分裂頻度などに関して統計的に調べ,相関式を求めた.それらの相関式を用いて,定常状態における1次元スタンドパイプ内に発生するプラグ流動を予測するモデルを開発した.スタンドパイプ流れに対しても気流脈動を付加し,これらのプラグ挙動について比較することでその効果を調べることができると考えられる.
さらに,本数値計算を実装置スケールの大規模計算に拡張するためのツールとして,実際よりも大きなモデル粒子を用いて実際の流動を模擬する相似則モデルを提案した.本相似則モデルを流動層内の粒子流動に適用し,モデル粒子の大きさが層内気泡挙動におよぼす影響について調べた.
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