複雑な多次元気液二相流の相間相互作用と界面輸送構造に関する研究

复杂多维液液两相流相间相互作用及界面输运结构研究

• 批准号: 18760653
• 负责人: 沈 秀中
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760653/
• 关键词: 多次元気液二相流; 界面輸送モデル; 界面速度測定; 界面方向測定; 界面面積濃度測定; 多センサー・プローブ; 大口径管データベース; 二流体モデル

本研究では、複雑な多次元気液二相流の相間相互作用を解明し、界面輸送構造をモデル化することを目的としており、本年度は、複雑な多次元性が現れる垂直大口径管内の低液相流速の空気-水気液二相流において、下記の研究を行った。(1)昨年度開発した光学式5センサー・プローブを用いて、低液相流速範囲の垂直大口径管内の多次元二相流に対して、二箇所の気液界面と気相の流動状況を測定する実験を実施した。(2)ホットフィルムプローブを用いて、低液相流速範囲の垂直大口径管内の多次元二相流に対して、液相の流動状況を測定する実験を実施した。(3)多次元二相流のデータ処理を行った。(4)多次元気液二相流の界面面積濃度、気相と液相流速及び気泡直径のデータベースを構築した。(5)得られた二相流データを基に多次元気液二相流の相間相互作用と界面輸送機構に関して総合的・系統的考察を実施した。(6)従来の1群界面輸送モデル及び多群界面輸送モデルとの比較検討を行った。(7)二流体モデルの真価を発揮するために、二相の相互作用の強さを表す界面輸送項(=界面面積濃度×駆動力)を適切にモデル化し、測った気泡の直径(気泡の弦長ではなく)により気泡の群が正しく分けられ、多群界面輸送方程式の開発を行った。そのモデル中の気泡-気泡間、気泡-乱流渦間の衝突頻度は気体の分子運動論を基礎に気泡自身による排除容積を考慮に入れて定式化を行った。更に、本研究の実験観察と測定データ分析により、垂直大口径管内の気液二相流に流れ方向の局所ボイド率の急上昇と圧損の急低減を特徴としての気泡集積流動現象が存在することを明らかになった。

这项研究旨在阐明复杂多维气体液体两相流的相互作用相互作用，并建模界面传输结构。今年，我们在大型垂直管中进行了以下研究，对低液相流速度的两相流动流动，在该垂直管中表现出复杂的多维性。 （1）使用去年开发的光学五传感器探针，我们进行了一个实验，以测量在低液体相流量范围内大垂直直径管中的两个位置的气体液体接口和气相的流量状态。 （2）使用热膜探测器在低液体相流量的垂直大直径管中测量在垂直大直径管中多维两相流的液相的流量状态。 （3）进行多维两相流的数据处理。 （4）构建了一个数据库，该数据库是针对多维气体液两相流的界面面积浓度，蒸气相和液相流速度以及气泡直径的。 （5）基于获得的两相流量数据，对多维气体液体两相流的阶段相互作用和界面运输机制进行了全面的系统研究。 （6）与常规的一组界面传输模型和多群界面传输模型进行了比较。 （7）为了证明两流体模型的真实价值，代表两个阶段之间相互作用的强度的界面传输项（=接口面积X驱动力）进行了适当的建模，并且气泡组正确除以测量的气泡直径（不是气泡的长度），而不是多组的互动互动互动等方程。考虑到气泡本身的排除量，该模型中气泡和气泡之间的碰撞频率是根据气体的分子动力学理论制定的。此外，这项研究的实验观察和测量数据分析表明，气泡积累流动现象的特征是，流动方向上局部空隙速率突然上升，并且在垂直大型级管中的气体液液体两相流量突然降低了压力损失。

项目成果

Error reduction, evaluation and correction for the intrusive optical four-sensor probe measurement in multi-dimensional two-phase flow

• DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.01.054
• 发表时间: 2008-02
• 期刊: International Journal of Heat and Mass Transfer
• 影响因子: 5.2
• 作者: Xiuzhong Shen;K. Mishima;H. Nakamura

A method for measuring local instantaneous interfacial velocity vector in multi-dimensional two-phase flow

• DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2007.11.006
• 发表时间: 2008-05
• 期刊: International Journal of Multiphase Flow
• 影响因子: 3.8
• 作者: Xiuzhong Shen;K. Mishima;H. Nakamura