Error in bubble velocity measurement using 4-sensor void probe due to interface deformation

4センサープローブを用いた気泡速度測定における界面変形による計測誤差

佐藤 聡 ; 佐川 淳*; 孫 昊旻   ; 柴本 泰照 ; 与能本 泰介 

Satou, Akira; Sagawa, Jun*; Sun, Haomin; Shibamoto, Yasuteru; Yonomoto, Taisuke

マルチセンサボイドプローブは、気泡の界面速度など二相流の局所的なパラメータに測定に適している。一般に、気液界面に物体が接触すると、表面張力によるメニスカスが形成され、気液界面の形状が変形する。前側センサの貫通による気液界面の変形は、後側センサの貫通時刻に影響を与え、気泡界面速度の測定に誤差が生じる可能性がある。そこで、センサ周辺のメニスカス形成の特性を調べ、界面速度の測定誤差を評価した。その結果、界面速度,センサの大きさや形状,センサ表面の接触角が界面速度の測定誤差に影響を与えること、表面の接触角が大きいセンサを使用することで、気相から液相への貫通時には測定誤差が発生しないことを明らかにした。実際に4センサーボイドプローブを気泡流に適用して気泡界面速度を測定すると、メニスカスによる測定誤差の発生が確認できた。このことから、気泡下面の流速のみを測定値として用いるか、気泡上面の流速に対して一定の適切な誤差補正を行う必要があることが示された。

Multi-sensor void probe is efficient to measure the local parameters of two-phase flow such as bubble interface velocity. In general, meniscus due to surface tension is formed and shape of the gas-liquid interface deforms when an object contacts the gas-liquid interface. The deformation of the interface by penetration of the front sensor affects the penetration time of the rear sensor, and as a result, an error can occur in the measurement of the bubble interface velocity. The characteristics of the meniscus formation around the sensor was investigated and the error in the measurement of the interface velocity was evaluated. It was clarified that the size, shape of the sensor and the contact angle of the sensor surface affect the error in interface velocity measurement as well as the interface velocity itself, and no measurement error would occur in air-to-water penetration by using a sensor with a large surface contact angle. A 4-sensor void probe was applied to bubbly flow to measure the bubble interface velocity. The measurement error due to the meniscus also occurred in the actual experimental measurement. It was shown that it is necessary to use only the velocity of the lower surface of the bubble or to make certain appropriate error correction for the velocity of the upper interface of the bubble.