| 研究概要 |
原子炉の冷却用ポンプや汚水の生物化学的処理用ポンプなどにおいては, ポンプ内の流れが気液二相流状態となる場合がある. このような状況下におかれたポンプの静的および動的挙動に関する資料は, 従来, 極めて少ない. 上記のような場合に対するポンプ系の安全解析や最適設計方法を確立する立場から, ポンプ内二相流の流動機構を解明することは工学上急務な課題である.
本研究は, 主として斜流形および半径流形のうず巻ポンプを用いて, 気液二相流時, 特に気泡流時のポンプ内部における気泡の運動およびボイド率分布など, 気液二相流動機構を解明し, さらに, ポンプ性能との関係などについても明らかにする目的をもって始められたものである.
この研究を通して得られた主要な成果は以下のように要約される.
(1)斜流形うず巻ポンプの内部流れを3次元ポテンシャル流と仮定して完全3次元有限要素法により解析し, 得られた流れの場において単一気泡の運動方程式を数値解析して, 流れの3次性が強い場における気泡の挙動を明らかにした.
(2)境界条件が上記の斜流形うず巻ポンプに比べて比較的簡単な半径流形うず巻ポンプに対して, 局所的には均質な気泡流状態に対する二相流の運動方程式を有限要素法により直接解析する方法を検討してきたが, 解析の見通しが得られたので, そのプログラムを作成し, 目下, 計算中である. この方法によって, 羽根車内のボイド率分布や, 流速分布の入口ボイド率による変化などを知ることができ, 二相流時のポンプ性能の予測が可能となる.
(3)回転する流路における気泡の運動に対して, 流れと気泡寸法の非定常性に起因する履歴効果は, キャビテーション発生による気泡径の急成長・急収縮時を除けば無視できる.
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