沸騰の複雑性の解明とモデル化-非線形力学に基づいた系統的アプローチ-

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450081
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 庄司 正弘 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00011130)
• 研究分担者: 井上 満 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30010854)
• キーワード: 沸騰 / 非線形特性 / カオス / 気泡力学 / 複雑性 / 気泡核干渉

研究概要

沸騰の複雑性、特に非線形カオス特性を明らかにすることを目的として、プール沸騰および二相流動系に関する6種の実験研究を並行して進め、また理論解析とモデル構築を試みた。すなわち、平成12年度には(1)人工単一キャビティからの沸騰実験、(2)単一気泡の非線形生成機構に関する実験、(3)対気泡の干渉と非線形特性に関する実験、(4)二相流の非線形特性と流動様式の新同定法に関する研究、(5)二相流のT字部相分離と非線形動特性に関する研究を行った。いすれの実験研究においても非線形力学に基づいたデータ解析を行い、それぞれで興味ある結果が得られた。たとえば、上記(1)の研究では予測に反し円柱状キャビティが最も安定的に気泡を発生すること、(3)では臨界流量という流量の閾値が存在することが見出されたが、これは従来知られない新しいものである。こうした研究成果は逐次国内外で講演発表し、印刷公表、一部印刷待ちの状況にある。平成13年度は、上記(3)(4)(5)の実験研究を継続すると共に、(1)の成果を基に(6)単一キャビティ、対キャビティ、マルチキャビティの実験を新たに開始した。単一キャビティの実験ではキャビティ径と深さの発生気泡、沸騰特性との関連を、対キャビティの実験では、気泡および気泡核の干渉の問題を、そしてマルチキャビティの研究では人工沸騰面の創製を目指した伝熱特性について詳しく調べた。また、これらの実験と並行し、ポーランド及び台湾の研究者と共同して沸騰の簡易モデルを構築し、沸騰に低次元の非線形カオスが内在することを明らかにした。こうした成果は順次内外で発表、公表の予定としている。

研究成果

• [文献書誌] Masahiro Shoji: "Nonlinear Bubbling in Isothermal and Boiling Systems"20^<th> UIT National Conference on Heat Transfer, Italy. (招待講演予定)(掲載頁未定). (2002)
• [文献書誌] Masahiro Shoji: "Chaos in Boiling : Experiments and Models"3^<rd> International Conference on Transport Phenomena in Multiphase Systems, Wierce, Poland. (招待講演予定)(掲載頁未定). (2002)
• [文献書誌] 横田正憲, 対馬将示, 庄司正弘: "人工キャビティ面からの沸騰挙動"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集,札幌. (講演発表予定)(掲載頁未定). (2002)
• [文献書誌] 安井康二, 庄司正弘: "単一キャビティからの発泡特性"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集,札幌. (講演発表予定)(掲載頁未定). (2002)
• [文献書誌] 張蕾, 庄司正弘: "人工キャビティ面からの沸騰における気泡核干渉に関する研究"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集,札幌. (講演発表予定)(掲載頁未定). (2002)
• [文献書誌] 阿部憲幸, 佐井嵐子, 野上重利, 庄司正弘: "非線形気泡生成"機械の研究, 養賢堂. 54巻・1号. 103-107 (2002)
• [文献書誌] Lei Zhang, Masahiro Shoji: "Nonlinear Model of Bubble Formation at a Submerged Orifice"Thermal Engineering and Science, Heat Transfer Society of Japan. Vol.9・No.1. 63-64 (2001)
• [文献書誌] Lei Zhang, Masahiro Shoji: "Aperiodic Bubble Formation from a Submerged Orifice"Chemical. Engineering and Science. Vol.56・No.18. 5371-5381 (2001)
• [文献書誌] Masahiro Shoji, Yuto Takagi: "Bubbling Features from a Single Artificial Cavity"Int. J. Heat Mass Transfer. Vol.44. 2763-2776 (2001)
• [文献書誌] Koji Ito, Masahiro Shoji, Koji Fukuda: "Chaotic Identification of Gas-Liquid Two-Phase Flow Pattern in a Vertical Pipe"Proc. 4th Japan-Korea Thermal Engineering Joint Conference, Kobe. 752-758 (2000)