| 研究課題/領域番号 |
63850117
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
玉井 信行 東京大学, 工学部, 教授 (90010818)
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| 研究分担者 |
門屋 大二 川崎重工業, 開発技術部管機第3設計, 係長
有田 正光 東京電機大学, 理工学部, 講師 (90130294)
廣沢 佑哺 東京大学, 工学部, 助手 (40010813)
河原 能久 東京大学, 工学部, 講師 (70143823)
浅枝 隆 東京大学, 工学部, 助教授 (40134332)
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| キーワード | 成層破壊 / 気泡式撹拌 / 貯水池 / 富栄養化 |
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| 研究概要 |
貯水池の富栄養化の重要な指標であるリンの高濃度化を防ぐ手段として、密度成層を破壊し、上下層の間の水塊の移動を活発化し、溶存酸素に富む水表面付近の水を水底付近に移動させようとする試みがある。こうした手段の中で塔状の潜水構造物を用い、気泡により成層破壊を行う方式が試験的に建設されている例がある。しかしながら、成層度に応じた最適な空気量、成層の崩壊過程、気泡により誘起される流れ場の定量的な予測は現段階では困難である。本研究では気泡式撹拌機を設計条件の確立と、最適な吐き出し口形状を得ることを目標に研究を進めている。
基礎的な段階として、理論的な解析が可能な単一の気泡の挙動を、主として可視化により計測した。半球カップを一定速度で回転させることにより、単一の大きな気泡を発生させた。実験では水深110cmを一定にし、淡水層60cm、塩水層50cmの2層を作り、気泡の体積、2層の密度差を変化させて運動および混合の変化を調べた。
気泡の形状は上面が球形、下面は不安定ながらもほゞ平面であり、上昇速度と気泡体積との関係はポテンシャル流れの解とよく一致することが分かった。
気泡の後流には渦輪状の構造があり、その大きく循環した領域に周囲流体が巻き込まれて気泡と共に上昇する。後流は完全には閉じていず、循環領域の体積は気泡体積の約20倍であることが分かった。
界面低下量から揚水量を求めると、それは注入空気量の約25倍であることが分かった。この比率は2層間の密度差、気泡体積に依らずほゞ一定値であった。
揚水筒形式にして気泡を注入した場合には、被り水深が効率に大きく関与する。筒の出口形状を変化させ、現象の変化を調査中である。
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