| 研究概要 |
本研究の目的は、一様な速度勾配を持つ液流中における単一気泡の形状や運動特性に関する実験結果を基に、信頼できる気泡運動の予測モデルを構築することを目的としている。本年度は、昨年度に引き続き実験データベースの構築を行い、広範囲の気泡径、物性値に対する実験データを得た。この際、気泡位置、形状、速度を計測するための手法に改良を加えた。この実験データベースの基づき、揚力係数と気泡径、物性値等の関係を把握した後、揚力係数に関する数理モデルを構築した。以下に得られた知見を示す。
1 一様な速度勾配中の気泡の横方向力(F)は、F=-C_Lρ_Lπ/6d^3V_R×rotV_L(C_L:揚力係数,ρ_L:液相密度,d:気泡径,V_R:相対速度,V_L:液相速度)で記述でき、揚力係数は流動状態により決まる定数となる。
2 揚力係数は、エトベス数が小さい場合に正、大きい場合に負の値を取る。
3 揚力係数は、気泡の等価直径から算出されたエトベス数よりも気泡の流動軸に直交する長さを用いた方エトベス数(修正エトベス数)との相関が強い。
4 揚力係数は、気泡レイノルズ数と修正エトベス数の関数として記述でき、以下の形をとる。
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さらに、気泡追跡法に本揚力係数モデルを導入し、解析した結果、本実験データベースの全ての範囲で良好に一致することを確認した。
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