Monitoring and control of two-phase slug flow in microdevices with multi-channels

多通道微型装置中两相段塞流的监测与控制

基本信息

批准号：
19K05140
负责人：
殿村修
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロデバイスの特徴は流路の寸法を大きくすると失われるため，流路のナンバリングアップ（並列化）によりデバイスの処理量が増大される。本研究では，気液二相スラグ流を伴う多流路デバイスを対象とする。スラグ流は，混ざり合わない流体が交互に流れる流動状態であり，従来デバイスよりも界面積が一様で大きく，かつ，スラグ内で循環流が生じることから，高い物質移動速度をもたらし，反応の高い空時収量を示す。その実用化に向けて，ナンバリングアップによる量産化技術，スラグ生成周期やスラグサイズが希望値を達成しているか，異常によりそれらがシフトしていないか，といった制御・モニタリング技術の方法論の構築が本研究の目的である。2019年度（令和1年度）は「気液二相スラグ流生成・流動のモデリング」，2020年度（令和2年度）は「多流路デバイスの気液二相スラグ流生成周期・サイズの制御・モニタリング」，2021年度（令和3年度）は「スラグサイズシフトのモニタリング」に取り組んだ。これまでの研究成果を踏まえて多流路デバイスを用いたスラグ流実験システムを構築した際，流路並列数を増加するにつれて流体均等分配の制御性が低下したことから，2022年度（令和４年度）は，数値流体力学（CFD）シミュレーションにより，デバイスへの流体供給部の設計を変更し，流体均等分配制御，および，スラグ流生成周期・サイズのモニタリング手法の有用性を検証した。

微型版本的特征是增加了流动路径的尺寸，并且流动路径的编号（并行化）增加了设备的吞吐量。这项研究的重点是带有气体两相炉灶流的多流道通道设备。炉渣流是一种流动状态，在该流动状态下，无混合的流体交替流动，其界面区域比常规设备均匀且更大，并且在炉渣内发生循环流，从而导致高质量传递速率和高反应的高时空产量。为了实际使用，这项研究的目的是建立一种控制和监视技术的方法，例如使用编号的质量生产技术，炉渣生成周期和炉渣大小是否达到了所需的价值，以及由于异常而没有转移。 In 2019 (Reiwa 1), we worked on "Modeling the gas-liquid two-phase slag flow generation and flow," in 2020 (Reiwa 2), we worked on "Control and monitor the gas-liquid two-phase slag flow generation cycle and size of multi-flow channel devices," and in 2021 (Reiwa 3), we worked on "Monitoring the slag size shift."当我们基于先前的研究结果使用多通道设备构建炉渣流实验系统时，随着平行流道的数量增加，流体相等分布的可控性降低。因此，在2022年（REIWA 4）中，使用计算流体力学（CFD）模拟更改了设备的流体供应部分的设计，以验证流体相等分布控制和炉渣流量产生周期和尺寸监测方法的实用性。