| 研究課題/領域番号 |
26420116
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| 研究機関 | 佐賀大学 |
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研究代表者 |
瀬戸口 俊明 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 教授 (90145186)
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| 研究分担者 |
松尾 繁 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60229424)
塩見 憲正 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80284610)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 超音速旋回流 / コンデンセートガス / 非平衡凝縮 / 気液分離 / 数値計算 |
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| 研究実績の概要 |
近年，地球規模でエネルギー構造の高度化と環境問題の解決に直面している．このような状況に対して，石炭の代替エネルギーとしてクリーンで効率のよい天然ガスの普及が重要視されるようになっている．しかしながら，採掘された天然ガスの中にある凝縮性気体（コンデンセートガス）の分離・抽出のプロセスでは化学物質等が使用されており，環境汚染の問題が指摘されている．
本研究は，化学物質を全く使用せず，流体力学的現象のみを利用した凝縮性気体の分離・抽出技術の確立に向けた基礎研究である．具体的には，空間中の凝縮性気体が加速膨張する際に生ずる凝縮現象とスワールフロー（旋回流）の組み合わせによる凝縮性気体の分離・抽出の可能性，および装置の小型化の可能性を調べることを目的としている．
本課題の実施に関し，初年度は凝縮現象の理論的な取り扱い方法に比べ，凝縮現象を伴う旋回流を効率的に解析するための計算手法が不足していることから，計算手法等の確立を行った．よって，本年度は，初年度に作成され妥当性が示された相変化を伴う３次元非定常方程式を使用し，超音速環状中の非平衡凝縮現象に及ぼす旋回の有無や環状ノズルの上流側（ノズル入口側）と下流側形状（ノズル出口側）の影響について数値的に調査を行った．
その結果，ノズル上流側と下流側の形状に係らず，旋回を有する場合には凝縮開始点と音速線の位置は旋回がない場合と比較し上流側に移動すること，ノズル出口での液相の半径方向分布は旋回を有する場合には旋回がない場合より外管壁側に寄ることを示した．また，液相の半径方向分布比の値には出口形状と比較して入口形状が強い影響を及ぼすことを示すとともに旋回流の影響を効果的に得るのに最も好適な形状を明らかにした．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当該年度の実施計画に対しての達成度を次に示す．
（１）初年度に製作した実験装置の改良に加え旋回流を効果的に得ることができるノズルを製作した．また，圧力計測により非平衡凝縮が生じない場合の旋回流の有無が流れ場に及ぼす影響，および旋回の有無が非平衡凝縮流れに及ぼす影響を示した．
（２）初年度に作成したプログラムを使用し，旋回流を有する場合の実験と同条件下で得られた結果との比較を行うことでその妥当性を検証した．また，旋回流の条件による凝縮生成物（液滴）の分布の空間的分布を示した．
（３）スロート下流と上流側の形状が，流路内の液滴の分布に及ぼす影響を示すとともに旋回流の影響を効果的に得るのに最も好適な形状を明らかにした．
上記（１）から（３）の結果を取りまとめ，成果の発表を行った．以上の達成状況から，おおむね順調に進展していると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
現在，天然ガス中の不純物や他種ガスを含むコンデンセートガスの分離・抽出装置に関する研究が進められており，この装置では超音速流中のコンデンセートガスの凝縮現象と旋回流を利用している．しかしながら，これまでに均一凝縮が起こる場合の超音速環状旋回流に関する研究は行われているが，機器の効率化には不純物（本研究では固体微粒子）が多く含まれる場合を想定した凝縮現象（非均一凝縮）を対象とした解析研究が必要であるにも係らず，全く行われていないのが現状である．
よって，今後の研究の推進方策として，非平衡非均一凝縮を伴う超音速環状旋回流の流れを数値的に調べることで，ノズル内で生ずる凝縮核や液相の質量比の分布を明らかにする．また，液相の半径方向の分布比に及ぼす均一凝縮と非均一凝縮の影響を明確に示す予定である．さらに，得られた結果をまとめ，成果発表を行う予定である．
以上の結果より，均一凝縮と非均一凝縮を考慮することによる効果的な旋回流の条件，液相の分布の非一様性の確認，および旋回流と液相の非一様性の関係などについて考察を行う．以上の結果を総括して，旋回流内で生ずる局所的相変化を利用したコンデンセートガスの分離に関する最終的な知見を得る．
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