【研究分野】熱工学

【研究領域課題番号】10450088 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クラスレート水和物 / ガスハイドレート / 結晶成長 / 物質移動 / 熱移動 / 伝熱 / 地球温暖化 / エネルギー貯蔵 / 蓄熱

【研究成果の概要】

本研究は,クラスレート水和物の生成・成長・分解の過程を熱・物質移動論の視点で調べたものである.得られた主な成果を以下に列記する.
(1)水の液相と非水溶性ゲスト物質の液相との界面に生成する膜状水和物層の厚さをレーザー光干渉法によって測定し,厚さの特異な経時変化挙動を見出した.
(2)二平板間の狭隘水路中に形成させたリング状水和物層の顕微鏡観察により,水和物層の性状に対する水流の顕著な影響を明らかにした.
(3)水の定常流に接する水和物層の定常厚さと,水和物層を介しての熱・物質同時移動とを結び付ける理論モデルを構築した.
(4)水中に静止させた疎水性ゲスト物質液滴の形状を解析することで,水和物層生成前と分解後の液-液界面張力を求め,水和物層形成の履歴が界面張力に対し検知し得るほどの影響を及ぼしていないことを確認した.
(5)平行二平板間を満たすTHF(テトラヒドロフラン)の化学量論的水溶液の相内に温度分布を与え,水和物層の成長あるいは分解の挙動を観察した.また,その挙動を伝熱解析によってシミュレートし得ることを示した..
(6)ゲスト物質気相中のスプレーノズルより対向する冷却壁上に水を噴霧させ,冷却壁上において水和物生成と生成熱の除去を同時に行わせる水和物の急速生成システムを考案し,そのシステム内での水和物生成挙動を観察した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 2000

【配分額】9,600千円 (直接経費: 9,600千円)

【研究分野】海洋工学

【研究領域課題番号】10305074 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

CFD / 二相流 / 物質移動 / 海洋環境 / 地球温暖化 / 気泡流 / 液滴

【研究成果の概要】

環境問題において、気-液あるいは液-液の二相界面の挙動やそれを通しての物質移動が問題となることが多々ある。例えば海面では風のせん断により自由表面に波や乱れが生じ、気峻化した非線形波は崩れ、気泡を巻き込む白波となって砕ける。この際のCO_2などの物質や熱の相界面での移動は地球環境にとって重要な問題である。また温暖化防止の一案として液化CO_2の海洋隔離法が提案されている。深海中層(1000〜2000m)ではCO_2液滴は海水より密度が小さく上昇しながら溶解する。溶解したCO_2はpHを局所的に下げるため、生態系の影響を考えると希釈が重要となる。
そこで、このような問題に対しCFDを用いた二相流解析法そ構築し、科学的メカニズムを解明しつつ、流体運動や物質移動を高精度に解析する。本年度の実績は以下のとおりである。
1.成層回流水槽を用いて、流れのある成層流体中での溶解する気泡プルームの挙動に関する実験を行い、気泡上昇速度・染料拡散の様子・気泡径の分布を測定し、流れのメカニズムについて推測した。
2.上記実験結果と、熱・物質移動を考慮した二相流CFD結果を比較し、CFDの検証を行った。
3.液滴スケールのシミュレーション法として、移動する非構造格子を用いた手法を開発し、単一液滴の高シュミット数流れの問題に適応し、実験式と一致する結果を得た。これにより、実験式のない個別の物質の溶解の情報を数値実験によって得ることが可能となった。これは上記二相流CFDのサブモデルとして使用される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1998 - 2000

【配分額】26,100千円 (直接経費: 26,100千円)