密度が一様な大深度水域における気泡噴流の基本的乱流特性

深水均匀密度气泡射流基本湍流特征

基本信息

批准号：
05855072
负责人：
池田裕一
金额：
$ 0.51万
依托单位：
Utsunomiya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05855072/
关键词：
貯水池気泡プリューム乱流連行

项目摘要

本研究では、大深度水域での気泡噴流の挙動を把握するための新しい実験手法を確立することを目的とし、種々の検討を行ってきた。その主たる成果を上げると以下のようである。まず、水圧変化に伴う気泡の圧縮・膨張の影響が、具体的にどの程度であるのか、平均量を用いた物理モデルを用いて、解析的に調べた。その結果、水深が10m以上になると、水深(水圧)の影響が現れはじめること、水深40mになると、水圧変化を考慮しない解析では、考慮しているものに比べて3割程度気泡噴流の揚水量を過大評価してしまうことが明らかになった。現在でも数理的な取り扱いの容易さから、水圧を考慮しないモデルでの解析を見かけることがあるが、その適用範囲は極めて限られたものであることに注意すべきであろう。その認識の上で、水圧による気泡の圧縮・膨張を考慮した物理モデルを、気泡噴流だけでなく、現段階で多く実用に供されている深層水揚水筒の流れにも適用した。そして、揚水施設の揚水量ならびに密度成層の時間変化を解析し、その数値実験の結果から経験的に、システムの水理学的効率の簡便評価式を導いた。この経験式は式形が平易であり、効率的な環境制御を考えていく際に、有効な手法を示すものと考えている。こうして、水圧変化の重要性を確かめた上で、実験手法の検討に取り掛かった。実験水槽には高さ1mのものを使用し、現在で10分の1気圧の減圧に成功している。しかし、この段階では気泡の圧縮・膨張の影響を顕着には観測することはできなかった。とはいえ、これ以上の減圧には現在使用の実験装置が耐えられないこと、完全密閉水槽中での実験となるために、流速計・電気伝導度計などセンサーの移動や、種々の作業を全て自動化する必要が生じてきたことなど、実用化の面で解決すべき問題を具体的に示すことができた。

这项研究旨在建立一种新的实验方法，以了解气泡喷气机在深水中的行为，并进行了各种研究。主要结果如下：首先，我们使用物理模型使用平均数量进行分析研究，以确定气泡压缩的特定效果和由于水压变化而引起的扩展。结果，可以发现，当水深达到10m或更多时，水深（水压）的影响开始出现，当水深度达到40m时，与被考虑的分析相比，水压的变化不高估了水压的变化，与被考虑的分析相比。即使在今天，由于易于数学处理，有时在不考虑水压的模型上可以看到分析，但应注意，应用范围极为有限。有了这种识别，我们应用了一个物理模型，该模型考虑了水压引起的气泡的压缩和扩展，不仅是气泡喷气机，而且还用于深海抽水瓶的流动，这些瓶中目前正在许多实际应用中使用。分析了抽水设施的抽水量和密度分层的时间变化，并在经验上简单地评估了系统的液压效率。该经验方程式的方程式很简单，在考虑有效的环境控制时被认为是一种有效的方法。因此，在确认水压变化的重要性之后，我们开始考虑实验方法。使用的实验水族馆的高度为1M，现在已成功降低了1/10 atm的压力。但是，在此阶段，无法清楚地观察到气泡压缩和扩展的影响。但是，我们能够特别显示需要在实际使用方面解决的问题，例如当前无法承受进一步解压缩的实验设备，以及要在完全密封的水族馆中进行实验的事实，这一事实已成为移动传感器（例如流量计和电导率计量器）以及所有各种任务的需要的传感器所必需的。