屈折率マッチング法を用いた複雑流路内における非混和性二液体の可視化手法開発

摘要

現在，地球温暖化の主要因である二酸化炭素を地下へ貯留する二酸化炭素回収·貯留技術（CCS: Carbon Capture and Storage）の実用化が求められている．貯留技術の一つである地中貯留では，地下の帯水層にCO_2 を圧入して貯留するが，浮力の影響を受けてCO_2 は時間経過とともに浮上してしまう．このため，貯留する地質構造に依存せず，貯留安定性の高い手法として，微粒化装置を利用して高圧水中で液体CO_2 を微粒化した後に地中へ圧入し，帯水層内の細孔に界面張力によってトラップさせる手法が提案されている．しかし，微粒化される液体CO_2 の粒径分散性の改善や，粒径の制御手法が確立されておらず，微粒化される液体CO_2 の粒径を任意に制御することが困難である．従って，微粒化装置内部における流れ場の可視化と微粒化過程の観察から，微粒化メカニズムの解明が必要不可欠である．微粒化装置を模擬した透明な流路モデルを用いて流れ場を観察すると，部材と流体との屈折率の違いから曲面や流路の曲がりで光が屈折し，観察画像は歪hでしまう．このため透明な流路部材と作動流体との屈折率を合致させれば，光学歪みが無くなるため，複雑流路内の流れ場を容易に観察できる．これまでにも屈折率マッチング法を用いた研究例(2,3)は行われており，複雑流路内の流れ場を可視化しているが，いずれも単相流の観察である．そこで本研究では，複雑流路内を流れる非混和性二液体の可視化手法を開発し，微粒化装置を模擬した流路モデル内の流れ場の観察を行った．