2002 Fiscal Year Annual Research Report
気泡流の微細構造,気泡力学,キャビテーション及び気泡流乱流に関する研究
Project/Area Number |
02F00783
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
松本 洋一郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
GONG Xiaobo 東京大学, 大学院・工学系研究科, 外国人特別研究員
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Keywords | 気液二相流 / 気泡微細化 / マイクロバブル / キャビテーション / 数値解析 |
Research Abstract |
微細気泡群は体積当りの表面積が大きく浮力の影響が小さいため,反応ガスの溶解促進や浮遊物への吸着率の向上が期待されており,化学反応塔や水質浄化設備,また医療技術への応用が注目されている.しかし用途に対する適切な微細気泡発生手法の確立や,実際のプラントに適用可能な物理モデルの構築が望まれているのが現状である.本研究は気液二相間の相互干渉を個々の気泡の挙動と界面の物質輸送を考慮した微視的視点から解明し,実際の現象に即した精緻な物理モデルの構築を行うというものであり,特に水質浄化装置への利用を応用の一つとして考慮している. 本年度はベンチュリ管内の急激な圧力回復機構を応用した微細気泡発生装置について,内部流動構造と発生気泡径の相関を実験から調べ,新たな微細気泡発生手法を提案した.アクリル製のベンチュリノズルに2〜20%のボイド率を有す気泡流を4〜7l/minの4通りの流量で流し,管内の気泡破砕の様子を高速度CCDカメラにより撮影した.さらに発生した微細気泡径をバックライティング法によりCCDカメラで撮影し,画像処理を駆使して気泡径の計測を行った.十分に早い流速では管内の急峻な圧力回復による気泡の瞬間的な破砕が確認され,ザウター平均径約200μmの微細な気泡が発生した.また20%の高ボイド率条件においてもその性能は下がらなかつた.一方流量が低い場合は,急峻な圧力回復は起こらず,気泡は拡大部で徐々に微細化する様子を確認した.このときの発生気泡のザウター平均径は460μmと大きな値を示した. また,紙パルプを浮遊物としてベンチュリ管により率生した気泡の浮上分離への応用の可能性示した. さらに,今後進めていく微細気泡を含む水噴流のプルーム及び,チャネル気泡流の数値解析を系統的に行うため,既存の計算コードの確認と新たなモデル構築への準備をあわせて行った.
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