垂直細管内気液二相スラグ流におけるスラグ構造への表面張力及び液粘性の影響

摘要

著者らは、現在、二流体モデル解析コードを用いたボイド率や摩擦圧力損失の正確な予測を試みている。この二流体モデルとは気相と液相のそれぞれに対して質量、運動量、エネルギーの式を立て二相流を取り扱う解析モデルである。これは従来の混合流体モデルと比較して、より高精度に流れを予測できる可能性を持つが、その予測精度は壁面摩擦力や界面摩擦力などの各種構成式の予測精度に大きく依存しており、既存の各種構成式には改良の余地が残されている。すなわち、著者らの二流体モデルを用いた研究では、スラグ流における流動特性の予測精度が劣っており、特に、界面摩擦力を与える構成式の予測精度の向上が必要であるという結論を得ている。そこで、本研究では、スラグ流での予測精度の向上を目的として、垂直細管内における気液二相スラグ流の流動特性への表面張力と液粘性の影響を実験的に明らかにすることとした。本実験では、流路に直径の異なる2種類の垂直円管、供試液体に表面張力と粘性が異なる3種類の液体を用い、液体スラグ中のボイド率、大気泡部のボイド率、スラグユニット長さに対する大気泡長さの比、大気泡周りの液膜厚さ等のスラグ構造について実験的に調査した。また、実験値と様々な予測式による計算値との比較を行うと共に、新たな実験式を考案したので併せて報告する。