マイクロチャネル内気液二相流の界面輸送機構解明に関する研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12780385
• 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: 二相流 / 混相流 / 界面積濃度 / 輸送方程式 / 二流体モデル / マイクロチャネル / 気泡流 / 原子炉熱水力安全

研究概要

マイクロチャネル内の流動と熱伝達は、近年、例えば、LSIやノートパソコンのCPUなどの各種電子機器の冷却、マイクロヒートパイプ、冷凍・空調機器、多孔質や極微小亀裂内流れ、宇宙空間での熱放射、純水の製造、超撥水性機能材料、マイクロマシン技術、毛細血管内の血液流やトライポロジー等様々な工学分野で感心を集めている。本研究は、マイクロチャネル内流動・熱伝達研究の一環として、熱輸送、運動量輸送に重要な役割を果たす界面構造に関して、実験的、解析的研究を行おうとするものである。
解析的研究に関しては、狭間隙矩形流路内界面積濃度輸送方程式の定式化を行った。また、マイクロチャネル内界面積濃度輸送方程式のモデリングに先駆けて、通常口径管における界面積濃度輸送方程式の機構論的モデリングを行った。得られた成果は、次年度、マイクロチャネル内における界面積濃度輸送方程式のモデリング研究に拡張する予定である。実験的研究に関しては、狭間隙矩形流路内界面積濃度等の流動特性計測実験を行い、流動様式線図の作成、摩擦損失構成式の評価、ドリフトフラックスモデルの評価を行った。界面積濃度輸送データは、次年度、界面積濃度輸送方程式の評価に用いる予定である。
本研究により、マイクロチャネル内における気泡流領域からスラグ流領域の遷移は、通常口径管で推奨されている遷移ボイド率よりも低いボイド率で生じること、流れの発達過程では、既存のドリフトフラックスモデルの予測精度が低下すること、流れの予測には、時間・空間スケールを考慮した界面積濃度輸送方程式の導入が必要であることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] T.Hibiki and M.Ishii: "Interfacial area concentration in steady fully developed bubbly flow"International Journal of Heat and Mass Transfer. (in print).
• [文献書誌] T.Hibiki and K.Mishima: "Flow regime transition criteria for upward two-phase flow in vertical narrow rectangular channels"Nuclear Engineering and Design. 203. 117-131 (2001)
• [文献書誌] T.Hibiki,M.Ishii and Z.Xiao: "Axial interfacial area transport of vertical bubbly flows"International Journal of Heat and Mass Transfer. 44. 1869-1888 (2001)
• [文献書誌] T.Hibiki and M.Ishii: "Two-group interfacial area transport equations at bubbly-to-slug flow transition"Nuclear Engineering and Design. 202. 39-76 (2000)
• [文献書誌] T.Hibiki and M.Ishii: "Modeling of interfacial area transport in bubbly flow systems"Proceedings of 4^<th> International Conference on Multiphase Flows. (to be presented).
• [文献書誌] T.Hibiki and M.Ishii: "Interfacial area concentration in steady fully developed bubbly flow"Proceedings of 9^<th> International Conference on Nuclear Engineering. (to be presented).