| 研究概要 |
重力に頼っていた従来の下水管きょシステムに代わるものとして圧力式下水道が注目されている. 圧力式下水道では管きょ勾配を小さくでき, 管径を小さくできる. しかし小流量時の流速確保, あるいは管内汚物の腐敗防止が解決すべき課題としてある. 空気注入はその解決法として考えられているもので汚物の堆積を防ぎ, 同時に十分な酸素を補給できることが期待される.
研究は実験室内の管路(径65mm, 総延長27m)を用いて行なった. 水を循環させ, 管路の途中から空気を注入した. 管路の一部にはアクリル管を用い空気と水の流れの状態を観察した. 管路に沿った2点において溶存酸素を溶存酸素計によってモニターし, このデータに基づいてkLa値あるいはkL値を求めた. なお, その際まず亜硫酸ナトリウムと塩化コバルトを用いて溶存酸素の水準を落とし, そのあと空気注入によって溶存酸素が上昇する過程を測定した. そして, その時の流速等に基いて酸素移動容量計数を算出した.
液相のみかけ流速が0.5m/s以下の領域では, 管の上部を空気が, 下部を水が流れる「層状流」が観察された. この領域では液相流速と共にkLaが低下する傾向が見られた. これは流速の増大と共に比気液接触面積aが減少するためであり, kL自体は流速によらず一定となることが示された. 一方, 液相みかけ流速が1.0m/sを超えると, 水の中に空気の大きい塊が含まれた「プラグ流」となる. この領域では液相みかけ流速の増大に対し指数的にkLaが増大した. aは流速と共に減少するが, kL自体の増加がはるかに大きいためこのような結果になる. 液相みかけ流速を1.0m/sから1.5m/sに増すと, kLaは約3倍になる. これら液相とは独立に気相みかけ流速(空気注入量に比例する)を変化させたところ, それに伴ってkLaも変化した. なお液相のみかけ流速が0.5m/s〜1.0m/sの領域は遷移領域となった.
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