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本研究は、動揺(重力の変化)を考慮しなければならない船舶ボイラ等の伝熱システムの熱流動解析精度の向上のため、先端的流動モデルである気液二相流界面積濃度輸送方程式の開発を最終目的とし、無重量総合研究所(MGLAB)の落下塔設備を用いて微小重力実験を行い、界面積濃度輸送機構に及ぼす重力の影響を検討する。平成21年度は、二相流ループを東京海洋大学海洋工学部に設置し、重力環境下において管径5mm～9mmの円管内上昇気泡流の管軸方向発達に関するデータベースを構築した。また、整理された実験データに基づき、界面輸送パラメータ(ボイド率、界面積濃度、ザウター平均径)に及ぼす重力と管径の影響を評価し、主として以下の知見が得られた。
・9mmから5mmに管径を変化させることにより、相分布の形成において気泡の合体の影響が支配的となり、相分布パターンが軸方向発達に伴いコア型へと移行しやすくなることを確認した。
・表面張力の支配性が強くなる5mm管においても、9mm管と同様に摩擦圧力損失勾配に起因した相間相対速度差が形成することで壁面ピーク型のボイド率分布が形成することを確認し、細管を対象とした界面積濃度輸送モデルの開発においては、これらの効果を厳密に考慮する必要性を示した。
・細管内における相分布パターンは、管径に対するザウター平均気泡径の比率に強く依存し、重力条件によらずその比率が0.4を閾値として分布の形態がほぼ決定していることを確認した。
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