| 研究概要 |
その工学・工業的重要性より、気液二相流に関する膨大な研究が行われているが、二相流の複雑性や多様性の根元である気液界面の特性に関しては未だ殆ど理解されていない。現在までの二相流研究は気液界面で両相の速度が等しいという仮説に立脚しているが、仮説の妥当性は保証されていない。一方、理論的に界面エントロピーの増加により界面において有限な相間速度差が生じることが示唆されているが、計測の困難さのため実験的な証明は無く、相間速度差のオーダーすら把握できていない。混相流研究のブレークスルーのためには、界面における物理、具体的には界面における両相の境界条件の研究が不可欠である。
本研究では、気液二相流研究の根幹をなす界面上の速度の境界条件を実験的に解明する。さらに、その結果を基に詳細数値解析を実施し、微視的な界面の境界条件とメゾスケールの運動量輸送の関係を明らかにすることを目的とする。本年度は速度の境界条件の実験的解明と基本数値解析コードの構築を中心に研究内を実施した。
まず、界面境界条件を吟味するため、安定した層状界面が実現できる実験装置の設計製作した。また、気液界面近傍で高精度の両相速度を得るために、計測手法(LDV, PIVおよびフォトクロミック法)の最適化を図った。その結果、LDVの界面での反射を利用した界面近傍速度計測手法が最も精度良く界面境界条件を測定可能であることを確認した。また、本手法を安定した層状界面近傍の流れ場に適用し、界面境界条件に関する基礎データを取得した。さらに、既設ワークステーションを用いて、界面追跡法に基づく基本数値解析コードに組み込んだプログラムを構築した。この際、界面の正確な評価を行うための新手法を考案し、基本数値解析コードに導入した。
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