| 研究概要 |
垂直上昇円管内を流動する,空気・水系で形成される気液二相環状流を対象とし,壁面上を流動する界面波を有する液膜流により影響を受けた気相乱流場について,流速分布,乱流強度分布,乱流スペクトルや渦スケールについて詳細な測定を行い,その構造や特徴,気相単相乱流場との定量的な差異を明らかにしている.環状流における乱流構造の変化の直接的な因果関係となるのは,非定常現象としても液膜界面破(擾乱波やリップル波)の構造や流動特性と気相乱流の構造の変化との関連を明らかにしていくことが,気相乱流変調機構や界面波の形成を理解するうえで重要であることから,壁面を流動する液膜流上を移動する界面波についてもその構造の詳細な観察ならびに液膜厚さの測定を行う.研究対象としては,従来まで行ってきている単円管流路内の環状流とあわせ,流路断面積をテーパー形状にして,流路断面が縮小するノズル部,のど部,そして流路断面が拡大するディフューザー部からなる流路内を流動する環状流とする.流路断面積が変化する流路内を流動する環状流においては,気相ならびに液相見かけ流束が断面位置により変化するため一種の過渡流れを形成し,断面位置により液膜界面破の形成過程ならびに気相乱流の変化過程をノズル部,のど部,ディフューザー部のそれぞれの断面位置において気相乱流場ならびに液膜厚さの測定を行い,液膜界面破の形成過程ならびに気相乱流の変化過程について詳細に測定を行った.得られた研究結果は以下のとおりである.(1)環状流における気相乱流場の速度分布は中心軸付近の速度が増加し液膜流付近の速度が低下して先端の尖った速度分布に変化する.(2)気相乱流場の乱流強度は単相流の場合と比較して増大する.(3)上記1,2の傾向は気相流束に対する液相流束の割合が増加するに従い顕著になる.(4)環状流の気相乱流場はコヒーレントな構造を持つ.これは液膜流上の界面波の空間スケールと通過する際の時間スケールと関連がある.(5)ノズル部を通過する際にはノズルの整流効果により時間平均速度分布は平坦な速度分布となる.また乱流強度は小さくなるが,環状流の場合は液膜界面破の影響により単相流の場合と比較して2倍以上となる,(6)このとき界面波の波高は気相によるせん断力の増加により小さくなり,液膜界面破は平坦化する.(7)一方ディフューザー部を通過する際には界面波の波高はノズル部と比較してかなり大きくなり,またコヒーレントな構造を持つ界面波となる.これに伴い気相乱流強度もノズル部と比較して大きくなる.
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