強磁場下の二相流の可視化実験および定式化

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750124
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 上野 和之 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20250839)
• Keywords: 気泡流 / 高磁場勾配 / 強磁場 / 常磁性体 / 反磁性体

Research Abstract

水および塩化マンガン水溶液中を上昇する気泡群の可視化実験を行い、強磁場の影響について調べた。また、気泡がストークス抵抗にしたがって運動する場合のモデル方程式を構築し、数値シミュレーションを行った。
超伝導マグネットの軸を鉛直方向に設置した場合について以下の結論を得た。
1.塩化マンガン水溶液中の窒素気泡は、磁場をが強く(磁場中心で4.5T以上に)なるとマグネット下方で斜めに上昇する。このため、上部では中心軸付近に偏った気泡分布となる。
2.中心での磁束密度5Tの時、マグネットの下方(磁束密度の二乗勾配が314T^2/mを越える領域)で窒素気泡の上昇が完全に止り、流路中心軸上の球状領域に気泡が集中する。
3.水中の酸素気泡分布は磁場によって壁面方向に広げられる。中心での磁束密度が14Tのとき、マグネット上方で酸素気泡の上昇が完全に止り、壁面にそったドーナツ状領域に集中する。
また、スプリット型超伝導マグネットの軸を水平方向に設置した場合について以下の結論を得た。
4.中心での磁束密度4Tの時、マグネットの下方で窒素気泡の上昇が完全に止り、流路を貫く円柱状領域(コイル巻線に平行)に気泡が集中する。
以上の結果から、適切な磁場分布を与えることにより混相流の分散相分布を制御することが十分可能であると言える。また、磁場設計においては、この研究で導出した「重力と磁気力の和にたいするスカラーポテンシャル」が有効であり、強磁場中の気泡群の挙動容易に予測することができる。

Research Products

• [Publications] 笹川 隆之: "強磁場による上昇気泡群の気泡分布操作"混相流. 15・4. 399-408 (2001)
• [Publications] 笹川 隆之: "水平一様磁場下の気泡流に対する3次元数値解析"東北大学流体科学研究所報告. 12. 73-85 (2001)
• [Publications] 福島 正行: "円柱を被覆する磁性流体層の界面振動の線形解析"日本AEM学会誌. 9・2. 213-219 (2001)