気泡流における界面輸送方程式の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10780319
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 日引 俊 京都大学, 原子炉実験所, 助教授 (30228746)
• キーワード: 界面面積濃度 / 二流体モデル / 界面輸送方程式 / 界面輸送項 / 混相流 / ボイド率 / 乱流 / 気泡流

研究概要

気泡流と気泡-スラグ遷移流における界面輸送方程式の開発に関する研究を行った。気泡流の界面輸送方程式の開発に関しては、気泡を一群モデルで取り扱い、界面面積のシンク項である気泡の合一機構としては気泡間のランダムな衝突を、ソース項である気泡の分裂機構としては気泡と乱流渦のランダムな衝突を考え、輸送機構のモデル化を行った。モデル中の気泡-気泡間、気泡-乱流渦間の衝突頻度は気体の分子運動論を基礎に気泡自身による排除容積を考慮に入れて定式化を行った。また、モデル中の気泡合一確率は、気泡間液膜の消失時間と気泡接触時間との関係から、気泡分裂確率は、乱流渦エネルギーと気泡分裂に要するエネルギーとの関係から定式化を行った。モデル計算により、低液流速、低ボイド率域では、気泡合一確率に対し、気泡分裂確率は無視できること、高液流速域では、気泡分裂確率が気泡合一確率より大きくなることを明らかにした。さらに、垂直上昇二相流においては、水頭圧の減少に伴うボイド率の増加が界面輸送の重要なソース項となることを明らかにした。気泡-スラグ遷移流の界面輸送方程式に関しては、気泡を二群モデルで取り扱い、上述の界面積のシンク項、ソース項以外にキャップ型気泡のウェークエントレインメントによる気泡合一等4つの項のモデル化を行った。本モデルの検証は、円管(管内径:25.4mm、50.8mm)内気液二相流データを用いて行い、一群モデルは誤差±9.34%、二群モデルは誤差±2.34%以内で、それぞれ、気泡流、気泡-スラグ流の界面輸送現象を再現できることを示した。データベース構築に関しては、空気-水二相流ループの新設を行い、マイクロチャネル内の局所時間平均ボイド率、界面面積濃度、気泡径の計測を行った。

研究成果

• [文献書誌] TAKASHI HIBIKI: "INTERFACIAL AREA TRANSPORT IN BUBBLY FLOW SYSTEMS"PROCEEDINGS OF EIGHTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON NUCLEAR ENGINEERING. CD-ROM. Paper No.8137 (2000)
• [文献書誌] TAKASHI HIBIKI: "ONE-GROUP INTERFACIAL AREA TRANSPORT OF BUBBLY FLOW IN VERTICAL ROUND TUBES"INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER. (IN PRINT). (2000)
• [文献書誌] TAKASHI HIBIKI: "EXPERIMENTAL STUDY ON INTERFACIAL AREA TRANSPORT IN BUBBLY TWO-PHASE FLOW"INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER. 42. 3019-3035 (1999)
• [文献書誌] TAKASHI HIBIKI: "EFFECT OF FLOW-INDUCED VIBRATION ON LOCAL FLOW PARAMETERS OF TWO-PHASE FLOW"NUCLEAR ENGINEERING AND DESIGN. 185. 113-125 (1998)
• [文献書誌] TAKASHI HIBIKI: "LOCAL MEASUREMENT OF INTERFACIAL AREA, INTERFACIAL VELOCITY AND LIQUID TURBULENCE IN TWO-PHASE FLOW"NUCLEAR ENGINEERING AND DESIGN. 184. 287-304 (1998)
• [文献書誌] TAKASHI HIBIKI: "LOCAL FLOW MEASUREMENTS OF VERTICAL UPWARD AIR-WATER FLOW IN A ROUND TUBE"PROCEEDINGS OF THIRD INTERNATIONAL CONFERENCE ON MULTIPHASE FLOWS. CD-ROM. Paper No.210 (1998)