気泡乱流の大規模組織化構造を利用した二酸化炭素の高効率海洋固定装置の開発研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13355008
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 齋藤 隆之 静岡大学, 工学部・機械工学科, 教授 (10324328)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小杉 佐内 住友金属工業(株), エネルギーエンジニアリング技術部, 部長 ; 土屋 活美 同志社大学, 工学部・化学工学科, 教授 (00227430) ; 梶島 岳夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30185772) ; 武石 芳明 住友金属工業(株), 総合技術研究所, 室長
• Keywords: 混相乱流 / 大規模組織構造 / 気泡群 / 二酸化炭素 / 海洋固定 / 地球温暖化 / GLADシステム / 光ファイバー

Research Abstract

(1)気泡乱流のローカルスケールとグローバルスケールとの関係を独自開発のPIVおよびPTVにより明らかにした.さらに,各スケールにおける気泡溶解(物質移動)と液相運動との関係を明らかにして,CO2気泡の溶解を制御する手法を考案した.
(2)上記に平成13年,14年度の研究成果(気泡乱流の大規模構造)を加え,GLAD(Gas Lift Advanced Dissolution)システム内の複雑流動をモデル化しかつその特性が無次元数により表わされることを示した.さらに200mスケールの実験結果を基に実機スケールのGLADシステムの特性を予測する手法を開発した.
(3)実験に使用してきた光ファイバープローブによる気泡計測システム(4-Tip Optical-fiber Probe : F-TOP)が製品化・事業化されて,企業から販売されることとなった.なお,本事業は経済産業省地域新生コンソーシアム事業として推進・継続されている.アミン吸収法による二酸化炭素の分離・回収システムへの利用,原子力発電におけるリアクター内の流動計測・制御への利用が進められている.
(4)気泡乱流に制御に関しては,気泡を球形粒子で簡略化した直接数値シミュレーションにより,気泡後流を介した大規模クラスターの再現が可能な数値実験法を構築した.さらに,大規模装置の実用的な解析方法であるLES(Large-eddy simulation)として,上述の気泡群による乱流変調を考慮できる新しい1方程式型ダイナミックモデルを提案した.
(5)ルミノール反応を利用して物質移動を可視化する手法を確立し,気泡から液相への物質移動のメカニズム,液相運動との関係を明らかにした.気泡界面運動との関係を考察し,気泡溶解のモデルを構築した.

Research Products

• [Publications] Takayuki Saito, Takeo Kajishima, Katsumi Tsuchiya: "Pumping characteristics of a large-scale gas-lift system"Experimental Thermal and Fluid Science. Vol.28, No.5. 479-488 (2004)
• [Publications] Takayuki Saito, Takeo Kajishima, Katsumi Tsuchiya: "Local and Global Scale Structure of Bubbly Flows in GLAD (Gas Lift Advanced Dissolution System"Experimental Thermal and Fluid Science. (巻号未定)(掲載予定). (2004)
• [Publications] Takeo Kajishima: "Applying dynamic procedure for the energy production in one-equation subgrid scale model of LES"Proc.3rd International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena. Vol.1. 651-656 (2003)
• [Publications] Takeo Kajishima: "IDNS of interaction phenomena in particle-laden turbulence"Proc.5th Asian CFD Conference. (CD-ROM). 1-1A-1 (2003)
• [Publications] Katsumi Tsuchiya, Toshiki Ishida, Takayuki Saito, Takeo Kajishima: "Dynamics of Interfacial Mass Transfer in a Gas-Dispersed System"Canadian Journal of Chemical Engineering. Vol.81, No.3/4. 647-654 (2003)
• [Publications] 土屋活美, 石田俊樹, 齋藤隆之: "光ファイバープローブを用いた気泡計測の信頼性評価"化学工学論文集. Vol.29,No.3. 333-338 (2003)