衝撃波を利用した蒸気の分子論的凝縮機構に関する研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01550145
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 藤川 重雄 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (70111937)
• キーワード: 衝撃波管 / 衝撃波 / ナビエ・スト-クス方程式 / 数値流体力学 / 膜状凝縮 / 凝縮係数 / 化学反応論 / 気体論・液体論

研究概要

本研究は蒸気凝縮のメカニズムを分子レベルで扱う実験的・理論的方法を提案したものである。実験では、蒸気で満たされた衝撃波管内での衝撃波な反射領域、衝撃波管管端表面上に形成された凝縮液膜の成長過程を扱った。また、理論では、気体力学方程式の数値解析および化学反応論に基ずく凝縮理論の構築を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。
1.適切な実験条件を選べば、衝撃波の反射領域、衝撃波管管端表面上に一様な液膜を作ることができ、液膜成長の時間変化を測定し、これを気体力学の理論解析と比較することにより、蒸気分子の液体表面での付着確率を求めることができる。気体力学の理論解析では一次元ナビエ・スト-クス方程式の摂動法展開および二次元ナビエ・スト-クス方程式の数値流体力学解析を行った。
2.本研究では、水蒸気、四塩化炭素蒸気、メタノ-ル蒸気、エタノ-ル蒸気を対象として、これら蒸気の付着確率を求めて次のような値を得た。水蒸気0.35、四塩化炭素蒸気0.64、メタノ-ル蒸気0.16、エタノ-ル蒸気0.18.
3.これらの測定値は化学反応論に基ずく凝縮理論により説明することができ、結局、付着確率は分子の気体および液体(正確には液体表面)状態の内部運動(特に回転運動)に関係していることが明らかになった。
以上の研究を通して、蒸気凝縮のメカニズムを分子レベルで明らかにすることができた。

研究成果

• [文献書誌] 藤川重雄,Mehdi MAEREFAT: "蒸気の分子論的凝縮機構に関する研究" 日本機械学会論文集(B編). 56. (1990)
• [文献書誌] Shigeo FUJIKAWA,Mehdi MAEREFAT: "A Study of the Molecular Mechanism of Vapour Condensation" JSME International Journal. 33. (1990)
• [文献書誌] Mehdi MAEREFAT,Shigeo FUJIKAWA,Toshiyuki MIZUTANI,Teruaki AKAMATSU: "Experimental Determination of Condensation Coefficient of Water Vapour by a Shock-Tube" Proceedings of 17th International Symposium on Shock Waves and Shock Tubes. 1. (1990)
• [文献書誌] Shigeo FUJIKAWA,Mehdi MAEREFAT: "Molecular Gasdynamics and Chemical Kinetics of Vapour Condensation" Proceedings of 17th International Symposium on Shock Waves and Shock Tubes. 1. (1990)
• [文献書誌] Shigeo FUJIKAWA,Mehdi MAEREFAT: "Determination of Condensation Parameter of Vapours by Using a Shock-Tube" Proceedings of IUTAM Symposium on Adiabatic Waves in Liguid-Vapor Systems. 1. (1990)
• [文献書誌] 水谷敏行,藤川重雄,高野泰斉,Mehdi MAEREFAT,赤松映明: "衝撃波管内蒸気中での衝撃波の反射と管端面での膜状凝縮に関する数値流体力学的研究" 日本機械学会論文集(B編).