CAF法による高粘度油の輸送に関する基礎研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650955
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 朝倉 國臣 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20002305)
• キーワード: 流出油 / エマルション / 油回収 / CAF / 改良VOF法 / コア流 / 圧力損失 / k-εモデル

研究概要

海上に流出した難揮発性の油は海上で波にもまれると水を取り込み、油中水滴型のエマルションになり高粘度化する。C重油を用いて含水率を変えた粘度測定を行った結果、エマルションの粘度は含水率が0.75の場合に元の油の粘度の数百倍の達することが明らかになった
このような高粘度化したエマルションの回収は高い圧力損失の発生や管路の閉塞が起きるため、通常の機材では回収が困難である。本研究では原油の輸送で行われているCAF(Core Annular Flow)法の適用を検討した。CAF法とは管壁側に水の層、中央に高粘度の油を配した輸送方法である。実験を行った結果、CAFの圧力損失は水のみの圧力損失を僅かに上回る程度になる事が明らかになった。実験に加え2種のシミュレーションを試みた。1)CAFを平行平板間を流れる乱流と仮定し、k-εモデルおよび油水の界面を表す高さ関数を導入した計算を行った。その結果、界面の変動が比較的少ない場合にはCAFの圧力損失は水を僅かに上回る程度になる事が確認できた。しかし流速が速い場合や油の粘度が低い場合には界面の変動が大きく高さ関数を用いた計算では対応出来ない事が分かった。2)より汎用性のある界面を斜線で分離する改良VOF法による計算を行った。計算精度の検証のために行った切欠き円盤の回転問題では良好な結果が得られている。この方法を用いることで粘度、流速を変えた油コアの圧力損失の計算や分離と合体が起きる複雑な油コアの計算も可能になった。
一連の実験と計算結果を基に、吸い込み口にCAFの発生装置を付けた回収機を開発し、高粘度油に対応出来る事を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 朝倉,池田,中島: "流出C重油の諸特性-水面流出油に関する基礎研究(第1報)"資源と素材. 115,8. 579-584 (1999)
• [文献書誌] 岡本,朝倉,池田,中島: "高さ関数を用いたオイルコア流の解析-水面流出油に関する基礎研究(第2報)"資源と素材. 115,10. 731-736 (1999)
• [文献書誌] 岡本,朝倉,池田,中島: "改良VOF法を用いた油塊の計算-水面流出油に関する基礎研究(第3報)"資源と素材. 115,11. 809-814 (1999)
• [文献書誌] 岡本,平島,里井,恒川,朝倉: "低粘度流出油用ブラシコンベアーの開発に関する研究"資源処理技術. 46,3. 141-146 (1999)