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。

本研究的目的是阐明复杂多维液-液两相流的相间相互作用，并对界面传输结构进行建模，在液相流速下的空气-水汽-液两相流中进行了以下研究。 。 (1) 利用去年开发的光学五传感器探头，测量了低液相流速下垂直大直径管道内多维两相流的气液界面和两个位置的气相流动情况范围进行了实验。 (2)利用热膜探头，进行了低液相流速范围内垂直大直径管道内多维两相流中液相流动状态的测量实验。 (3)进行多维两相流数据处理。 (4)构建了多维液液两相流的界面面积浓度、气相、液相流速、气泡直径数据库。 (5)基于获得的两相流数据，对多维液液两相流的相间相互作用和界面输运机制进行了全面、系统的研究。 (6)对传统的一组界面传输模型和多组界面传输模型进行了对比研究。 (7) 为了证明二流体模型的真实价值，我们对代表两相相互作用强度的界面传输项（=界面面积浓度 x 驱动力）和测量的气泡直径进行了适当的建模（根据气泡的长度（而不是弦长）正确划分气泡组，并建立了多组界面传输方程。模型中气泡之间以及气泡与湍流涡流之间的碰撞频率是根据气体分子动力学理论制定的，并考虑了气泡本身排除的体积。此外，通过本研究的实验观察和实测数据分析，我们发现气液两相流体中存在气泡积聚流动现象，其特征是流动方向局部空隙率迅速增加、压降突然减小。垂直大直径管道中的相流变得清晰。

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