Bubble-type gas entrainment into liquid from free surface by vortex

自由液面の渦による気泡状ガス巻込み現象

生駒 祐介*; 小泉 安郎*; 伊藤 啓; 大島 宏之

Ikoma, Yusuke*; Koizumi, Yasuo*; Ito, Kei; Ohshima, Hiroyuki

自由液面渦の渦によって引き起こされるガス巻込み流量の計測を、高速度ビデオカメラを用いて実施した。流速が小さい条件では、気泡が周期的に渦先端から離脱する気泡状ガス巻込みが観察された。流速が大きくなると、渦先端が流出配管に到達して渦状ガス巻込みに変化し、流速とともにガス巻込み流量が増加した。流出配管内では旋回流速が低下し、その結果、Kelvin-Helmholtz不安定波長が長くなって離脱気泡が大きくなった。さらに、流出配管内が大気泡で満たされ、流動様式はスラグ/チャーン流となり、大量のガスが輸送されていた。

A gas entrainment rate into liquid by a vortex formed on the free surface was examined experimentally. When the flow velocity was low, a single bubble was periodically torn off from the bottom tip of the vortex and the bubble-type gas entrainment was observed. An increase in the flow velocity resulted in the transition from the bubble-type gas entrainment to the vortex-type gas entrainment and the gas entrainment rate considerably increased with the flow velocity. After the vortex tip penetrated into the outlet pipe, the rotation speed of the vortex decayed. As a result of it, the Kelvin-Helmholtz instability wave length got long and the size of the generated bubble became large. Then, the outlet pipe was filled with the large bubbles and the flow state in the outlet pipe turned to the slug/churn flow and a large amount of gas began to be carried out form the test vessel.