| 研究課題/領域番号 |
13355008
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 展開研究 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
齋藤 隆之 静岡大学, 工学部, 教授 (10324328)
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| 研究分担者 |
小杉 左内 住友金属工業(株), エンジニアリング事業部, 部長
土屋 活美 同志社大学, 工学部, 教授 (00227430)
梶島 岳夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30185772)
武石 芳明 住友金属工業(株), 基盤技術研究所, 部長
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2003
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| キーワード | 二酸化炭素 / 混相乱流 / 気泡乱流 / 大規模構造 / 地球温暖化防止技術 / 深海固定 / ガスリフト効果 / 物質異動 |
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| 研究概要 |
大口径管内における気泡乱流の大規模組織化構造および気泡乱流の階層構造に関する実験と数値解析、大規模実験装置によるGLADシステムの特性把握、これらの結果に基づく同システムの経済性ならびに環境受容性解析に関して、以下を得た。
1)実験:乱流水槽と大口径管を使用し、PIV、LDAならびに独自開発した4点光ファイバープローブを用いて、気泡乱流の大規模組織化構造を以下について明らかにした。
(1)液単相流に気泡群の浮力に誘起される構造がスーパーインポーズされたものであることを見出した。
(2)気泡乱流の多重スケール構造に着目して、気泡浮力により誘起される液相運動と気泡界面・気泡重心運動との関係、気泡周囲に形成される液相運動と気泡界面運動との関係を解明した。
(3)CO2の溶解と気泡界面運動とのカップリングメカニズムを実験により解明した。
2)モデリング:大規模組織化構造を考慮した気泡群運動モデルを構築した。すなわち、
(1)単一気泡浮力による液相運動の影響範囲は気泡径の2倍程度である。
(2)気泡群上面の液相運動は単一気泡により誘起される液相運動で近似できる。
(3)気泡群内部の液相運動は気泡の界面運動と重心運動により誘起される液相運動の速度変動成分が卓越する。
3)数値解析:直接数値シミュレーションとLESを用いて、気泡乱流の大規模組織化構造を解析するとともに、離散気泡法の改良により二酸化炭素海洋溶解装置の特性を把握した。
4)プロトタイプ機試作:高環境受容性と低コスト性とを同時に実現する二酸化炭素海洋溶解装置(管径149mm、高さ40mm)を試作し、その性能、コストおよび環境受容性を検証した。また、200m実験装置により、ガスリフト効果を実証した。
以上の研究により、二酸化炭素の十分な溶解と気泡ポンプ効果による揚水が得られた。このことから、浅海域で低純度CO2ガスを海水に溶解させ、深海へ送り込む本システムの基本原理が確認された。
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