Study on evaluation method for entrained gas flow rate by free surface vortex

自由液面渦によるガス巻込み流量評価手法に関する研究

伊藤 啓*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 江連 俊樹 ; 松下 健太郎 ; 田中 正暁  ; 今井 康友*

Ito, Kei*; Ito, Daisuke*; Saito, Yasushi*; Ezure, Toshiki; Matsushita, Kentaro; Tanaka, Masaaki; Imai, Yasutomo*

本論文では、自由表面渦によるガス巻込み流量を評価するための力学モデルを提案する。本モデルは、ガスコアの非定常伸長に関する理論式とガスコアからの気泡離脱に係る臨界ガスコア長の実験式を含む。ガス巻込み流量は、単位時間当たりの臨界ガスコア長を超えた伸長分として、前述の2式に基づいて計算される。このモデルを単純な水試験体系に適用し、ガス巻込み流量を計算した結果、自由表面渦の強さを決定する作動流体(水)の流量がある閾値を超えると、ガス巻込み流量が急激に増加することを確認した。

In this paper, a mechanistic model is proposed to calculate the entrained gas flow rate by a free surface vortex. The model contains the theoretical equation of transient gas core elongation and the empirical equation of critical gas core length for gas bubble detachment. Based on those two equations, the entrained gas flow rate is calculated as the portion of the gas core elongated beyond the critical gas core length per unit time. Then, the mechanistic model was applied to the calculation of the entrained gas flow rate in a simple water experiment. As a result, it is confirmed that the entrained gas flow rate grows rapidly when the liquid (water) flow rate, which determine the strength of a free surface vortex, exceeds a certain threshold value.