環境海洋問題における2相流シミュレーション技術の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10305074
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 宮田 秀明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70111474)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 英之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00196859) ; 藤野 正隆 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (10010787) ; 佐藤 徹 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30282677) ; 馬場 信弘 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (10198947)
• Keywords: CFD / 二相流 / 物質移動 / 海洋環境 / 地球温暖化 / 気泡流 / 液滴

Research Abstract

環境問題において、気-液あるいは液-液の二相界面の挙動やそれを通しての物質移動が問題となることが多々ある。例えば海面では風のせん断により自由表面に波や乱れが生じ、気峻化した非線形波は崩れ、気泡を巻き込む白波となって砕ける。この際のCO_2などの物質や熱の相界面での移動は地球環境にとって重要な問題である。また温暖化防止の一案として液化CO_2の海洋隔離法が提案されている。深海中層(1000〜2000m)ではCO_2液滴は海水より密度が小さく上昇しながら溶解する。溶解したCO_2はpHを局所的に下げるため、生態系の影響を考えると希釈が重要となる。
そこで、このような問題に対しCFDを用いた二相流解析法を構築し、科学的メカニズムを解明しつつ、流体運動や物質移動を高精度に解析する。本年度の実績は以下のとおりである。
1.二相流CFDに熱・物質移動を取り入れ、かつ溶解したCO_2から電離反応を解くことでpHを計算し、pHと暴露時間という観点から、生物個体のダメージを計算する手法を開発した。
2.上記解析法を用いて、海洋中層や、海底傾斜のある地形におけるCO_2液滴プルームの挙動をシミュレートし、生物個体の死亡率という観点からこのCO_2隔離手法の安全性を予測した。
3.水槽に塩分を用いた成層を作り、微細なCO_2気泡を多数放出し、成層流体中における気泡プルームの挙動を室内実験にて再現し、その挙動を詳細に調べた。

Research Products

• [Publications] 波磨輝実,佐藤徹: "海洋中層におけるCO_2液滴プルームの数値シミュレーション"日本造船学会論文集. 185. 127-132 (1999)
• [Publications] T. Sato: "Numerical Simulation of LCO2 Droplets in Deep Ocean"Proc. 4^<th> Int. on Greenhouse Gas Control Technologies. 1057-1060 (1999)
• [Publications] 波磨輝実,佐藤徹: "海底傾斜を有する地形におけるCO_2海洋隔離のCFDシミュレーション"第15回海洋工学シンポジウム講演予稿集. 361-366 (2000)
• [Publications] T. Sato: "Can We Make the Biological Impacts of CO_2 Negligible by Dilution?"Proc. 2^<nd> Int. Conf. on CO_2 Ocean Sequestration. (2000)
• [Publications] 佐藤徹,片山智喜,今村憲,鄭魯澤,土屋好寛: "液-液系二相界面の挙動と物質移動の研究"第27回可視化情報シンポジウム講演論文集. Vol.19. 365-368 (1999)
• [Publications] 簡易亮浩,宮田秀明: "密度関数法による気泡流に対する直接数値シミュレーション"日本造船学会論文集. 185. 21-30 (1999)