広域・高解像度三次元計測に基づく気泡流メゾスケールモデリング

基于大面积、高分辨率三维测量的气泡流的介尺度建模

• 批准号: 08J10701
• 负责人: 田川 義之
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J10701/
• 关键词: 混相流; 気泡; 三次元計測; メゾスケールモデリング

本年度は界面活性剤水溶液中を上昇する単一気泡の3次元運動について基礎的な知見を得ることを目的とし,活性剤の濃度・種類と気泡の大きさをパラメータとした実験を行い,気泡の軌跡・形状・周囲流動場の3次元計測に基づいた議論を行った.気泡の運動軌跡と形状をとらえるための独自の測定装置による3次元計測結果を得た.界面活性剤TritonX-100の低濃度溶液中において,らせん運動からジグザグ運動へ遷移する運動を観測した.この遷移運動はこれまで報告されてこなかった新しい現象であり,大きな成果である.さらに,気泡周囲流動場のデジタルホログラフィ計測を行った.以上の測定結果を踏まえて3次元運動メカニズムについて議論し,以下の知見を得た.本研究で初めて詳細に報告したらせんからジグザグへ遷移する気泡運動は,表面の瞬時すべり条件が運動モードを決定付けている.3次元運動しながら上昇する気泡の終端速度は1-Pentanol濃度に応じて,高濃度になるほど低下する.そして上昇速度の低下の影響により形状は球形化する.さらに気泡はスリップ条件が決定されるとある運動に落ち着き,後流構造が決まることを示した.またフリースリップ条件の気泡がノンスリップ条件に近づくにつれ,まず軌跡の振幅は大きくなり最大値をとり,その後小さくなっていく.気泡の水平方向速度と上昇速度の関係から,振幅が最大値をとる現象は,後流構造の非軸対称性による気泡の運動方向変化の影響が気泡にかかる抗力の増加を上回ることによって生じることを示した.本年度の研究成果によって,気泡流の能動制御の大きな可能性が示された工学的意義は大きい.ここで得られた知見は,気泡の3次元運動モデルを構築する際に,瞬時濃度分布を用いて気泡の運動を記述できる可能性を示唆しており,数値計算モデル構築の観点からもその意義は大きい.

在这个财政年度，在表面活性剂水溶液中升高的单个泡沫的三维运动的基本知识，以基于活性药物的浓度和气泡的大小作为参数进行了实验轨迹，形状和周围的摇摆的3D测量通过独特的测量装置捕获了浓度溶液中的气泡，从而获得了3D测量。到目前为止，这种过渡运动是一种新现象，我们根据上述测量结果讨论了三维运动机制。在这项研究中，确定浓度越高，在锻炼模式的同时，气泡的末端速度越高。降低速度时，在确定滑动条件时会在一定的练习上进行定居，并确定后流的结构。随后的最大值是由于气泡的上升速度上升，而气泡的上升速度超过了由于后流结构的非轴对称性，超过了应用于增加的力，因此最大值高。泡沫表明，这将引起今年的研究结果时间，它表明可以使用即时浓度分布来描述气泡的可能性，并且从构建数值计算模型的角度来看，显着性很重要。

项目成果

Change of Re dependency of single bubble 3D motion by slip condition in surfactant solutio

表面活性剂溶液中滑移条件对单气泡三维运动Re依赖性的变化

• 发表时间: 2009
• 作者: Yoshiyuki Tagawa;Ami Funakubo;Shu Takagi;Yoichiro Matsumoto
• 通讯作者: Yoichiro Matsumoto

静止水中を上昇する気泡の3次元挙動に対する界面活性剤の影響

表面活性剂对静水中气泡上升三维行为的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: 王海波;金俊完;横田眞一;枝村一弥;田川義之,舟久保亜美,高木周,松本洋一郎
• 通讯作者: 田川義之,舟久保亜美,高木周,松本洋一郎

Influence of surfactant on single bubble motion and bubbly flow structure

表面活性剂对单气泡运动和泡流结构的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: Yoichiro Matsumoto;Yoshiyuki Tagawa;Toshiyuki Ogasawara;Shu Takagi
• 通讯作者: Shu Takagi

界面活性剤水溶液中における単一上昇気泡の三次元運動の可視化

表面活性剂水溶液中单个上升气泡的三维运动可视化

• 发表时间: 2008
• 作者: 舟久保亜美;田川義之;高木周;松本洋一郎
• 通讯作者: 松本洋一郎

Surfactant effects on single bubble motion and bubbly flow structure

• DOI: 10.1063/1.3366405
• 发表时间: 2010-03
• 作者: Y. Tagawa;T. Ogasawara;S. Takagi;Y. Matsumoto