超音波流速分布流測計を用いた気液二相乱流計測のための基礎研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12750133
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 木倉 宏成 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助手 (00302985)
• キーワード: 流体力学 / 気液二相流 / 乱流 / 超音波パルスのドップラ効果 / レーザ計測 / 測定体積 / 気泡周りの流動特性 / レイノルズ応力

研究概要

超音波流速分布流測計を用いた気液二相乱流計測のための基礎研究として、まず、垂直円管内の水単相流の乱流計測を行い、本測定法における測定体積の乱流計測への影響を調べた。その結果、
(1)測定体積が平均速度分布に及ぼす影響は主に壁近傍で顕著にあらわれ、真値より小さくなる傾向がある。
(2)本手法により得られた平均速度分布の誤差は流路口径に対する測定体積の比d/D=0.05において0.4%程度であり、小さな測定体積を用いれば高精度な測定が可能である。
等の知見が得られたが、RMSやレイノルズ応力等の統計量に関しては誤差が大きく、次年度はレーザ計測との比較を行う事とした。
また、垂直円管流路と垂直矩形流路に気泡上昇流および下降流を形成させ、超音波流速分布流測計を用いて気液二相流の瞬時流速分布を計測し、得られたデータを統計的処理して、気泡周りの液相の微視的な流動特性と乱流構造を調べる研究を行い以下のことを明らかにし、次年度の研究の基盤となった。
(1)気泡が壁面近傍に存在するときの気泡近傍の液相構造は、流路中央付近に気泡が存在する場合と異なる。
(2)気泡周りの速度分布は、液相流量によらない固定的な層(粘性底層)、液相主流が支配的な領域(主流領域)およびその遷移領域の三つの領域に分類することが出来る。
(3)気液界面近傍における、液相の速度勾配は流量条件に寄らずにほぼ一定となる。
(4)気泡後方側の液相構造で大きな速度変動が起こり、ランダムな乱れが発生する領域が存在し、先行気泡の影響によって、気泡周りの流動特性が異なった統計量を示す。
(5)気泡周りの流動構造は、先行気泡の影響の有無により、液相の乱れは、先行気泡によって発生した後流渦のために増加し、層流から乱流への遷移が促進される。

研究成果

• [文献書誌] Kikura,H.,Aritomi,M.,Suzuki,Y.and Mori,M: "Investigation of Structure around Bubbles using Ultrasonic Doppler method"Heat Transfer Science and Technology 2000. 512-517 (2000)
• [文献書誌] Kikura,H.,Murakoso,H,Suzuki,Y.,Aritomi,M: "Liquid Flow Structure around Bubbles on Bubbly Flows in a Rectangular Channel"Proc.the U.S-Japan Seminar on Two-Phase Flow Dynamics. 393-400 (2000)
• [文献書誌] Suzuki,Y.,Nakagawa,M.,Aritomi,M.,Kikura,H.and Mori,M.: "Investigation on the Bubble Boundary Layer in Bubbly Counter-Current Flows"Proc.the 8th International Conference on Nuclear Engineering. Paper No.8333. 1-8 (2000)