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。

当流动通道的尺寸增加时，微型器件的特性就会丢失，因此增加通道数量（并行化）会增加器件的吞吐量。本研究重点研究气液两相渣流的多通道装置。段塞流是一种不混溶流体交替流动的流体状态，其界面面积比常规装置均匀且大，渣内发生循环流动，因而传质速率高，反应速率快。高时空产率。为了使其投入实际使用，必须开发通过编号的批量生产技术，以及控制和监测技术的方法论，例如造渣周期和造渣粒度是否达到预期值，是否达到要求。由于异常而发生变化，这就是研究的目的。 2019年（令和1），我们将重点研究“气液两相渣流生成和流动的建模”，2020年（令和2），我们将重点研究“控制气液两相渣流生成”多通道设备中的循环和尺寸。“·监控”，并在2021年（令和3），我们致力于“炉渣尺寸变化的监控”。当我们基于前人的研究成果使用多通道装置构建段塞流实验系统时，我们发现随着并行通道数量的增加，流体均匀分布的可控性变差。2013年，我们使用了计算流体力学（CFD）。通过模拟改变装置的流体供应部分的设计，验证了流体分布控制和渣流生成周期和大小监测的有效性。