| 研究課題/領域番号 |
10450070
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
尾池 守 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (70292282)
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| 研究分担者 |
辻本 良信 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50112024)
松本 洋一郎 東京大学, 工学系研究科, 教授 (60111473)
上條 謙二郎 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90282003)
徳増 崇 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (10312662)
石本 淳 弘前大学, 理工学部, 助教授 (10282005)
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| 研究期間 (年度) |
1998 – 1999
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| キーワード | 極低温流体 / 気液二相流 / 管内不安定流動 / 分子動力学法 / 直接数値シミュレーション / ドリフトフラックスモデル / 液体ヘリウム / 気泡群 |
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| 研究概要 |
本研究は、極低温流体管内気液二相流れで生じる不安定流動現象の実験的、理論的解明を目的とする。
極低温流体の管内気液二相流の発生・流動状態を可視化画像計測するため、加圧ブローダウン方式による極低温混相可視化流動試験装置を用いて、液体ヘリウムならびに液体窒素を作動流体とした極低温流動試験を行った。高速度VTRによる画像解析に基づき絞り部後流における気泡群の発生・移流過程を調べ、流動場の特性を把握するとともに、ヘリウムと窒素の沸騰二相流動場を比較検討することにより液体ヘリウム管内気液二相流れの特異性を明らかにした。また、数値解析モデルの検証に必須となる基礎資料を取得した。
数値解析手法に関しては、ミクロスケール、メゾスケール及びマクロスケールでの検討を試みた。
ミクロスケール:分子動力学法を用いて液体酸素の気泡生成機構をシミュレートした結果、液体酸素は気泡を生成する際に急激な圧力変化を伴うこと、また二原子分子液体の発泡現象を捉えるためには分子の回転運動を考慮する必要があることが確認された。
メゾスケール:浮力によって上昇する球形気泡群の運動を直接数値シミュレーションする手法を構築した。抗力係数のボイド率依存性を調べた結果、低レイノルズ数での理論式や粒子を対象とした実験相関式と概ね一致すること、また気泡の自己拡散係数に基づき気泡の拡散現象を評価した結果、特にボイド率が高い程気泡の拡散が強くなることを明らかにした。
マクロスケール:絞り部を通過する極低温流体の二次元管内沸騰二相に関して、気液二相流の非定常ドリフトフラックスモデルに基づく基礎方程式系を新たに構成し、数値解析による理論的検討を行った。その結果、絞り部に発生する高ボイド率領域は時間経過に伴い下流側に移流されることを確認するとともに、相変化が及ぼす二相流動場への影響は絞り部後方に形成される後流渦の中心付近において最も顕著に現れることを明らかにした。さらに、液体ヘリウムの超流動相が気液二相流動場に及ぼす影響を理論的に明らかにした。
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