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本研究は、気液環状二相流の伝熱・流動特性として重要な、気液界面の波動特性と液滴発生機構の解明を目的とし、管内に工業用内視鏡を挿入して気液界面を観察すると共に、点電極プローブを設置して液膜厚さ及びその変動を測定することに重点を置いて研究を進めた。
現有の流下液膜実験装置、及び空気-水系二相流動ループに内径26mmのアクリル樹脂管をテストセクションとして組み込み、長さ約1mの区間に液膜厚さ測定のための点電極プローブを設置した。気液界面を管内部から観察するために、工業用内視鏡を管内に挿入、固定した。実験は初めに流下液膜を対象とし、次いで管内上昇二相流を対象として、測定及び観察を行った。
流下液膜では液膜上の波の発生と成長過程を調査するため、流入口から約1mの区間にわたって設置した多数の点電極で測定した断面平均液膜厚さの時-空間分布特性を表示した。この結果から、液膜上の波の発生点、及び、流下とともに振幅が増大する波の成長状況が明確にされた。さらに、内視鏡による観察で、発生点付近は二次元(軸対称)的な波であるが、成長とともに三次元的な形状の波に移行する様子が明らかになった。
上昇二相流では、環状流の擾乱波及びリップル領域を測定対象とし、断面平均膜厚さの時-空間分布特性の測定と観察結果を比較・検討した。特に液膜厚さの管周方向分布に着目して観察を行った結果、リップル領域の波は三次元的であることが明確に確認されたが、擾乱波はその輪郭が不明瞭で、十分満足できるような観察が行なえず、観察方法の改良に今後の課題が残された。
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