CALA‑‑CALB

液 膜流 の流 れ方 向濃 度変化の実測 値 と 計 算 値 j G=20"'‑'60 m/s) 

(  r 

=6x10 ‑5 m²js，  図4.15

‑64^四

流 の 場 合 に 比 べ て 物 質 輸 送 が 著 し く 促 進 さ れ て い る こ と が わ か る . CALBは

刈4.13 (a) および図4.15 (a) の JGが20m/sの場合は，実測値と一致して いるが，それより高気流速域では実測値の方が大きい. CALCは JGが20から 80m/ sに わ た り ， 実 測 値 と ほ ぼ一致している. したがって， CALCを用いる 方 法 ， す な わ ち3.3.2項 で 述 べ た 方 法 の う ち ， 液 膜 内 の 速 度 分 布 に 式(4.7)を?

混 合 距 離 の 最 大 値^lDOに実際の波高 hc rを 用 い る よ う に 修 正 す れ ば ， 第3章で挺 案 し た 方 法 に よ り ， 高 速 気 流 に 伴 わ れ る 液 膜 内 の 流 れ 方 向 CO₂濃度変化が予 測できる.

4.4  第41;1:のまとめ

木 市 で は ， 気 流 の 見 か け の 速 度 が20"‑'80 m / sと高速‑である場合の気流に伴 わ れ る 液 版 流 の 流 動 特 性 と 物 質 伝 達 特 性 に つ い て 調 主 任 し ， 液 朕 内 の 速 度 分 布 や 液1)英 内 濃 度 の 流 れ 方 向 変 化 な ど に つ い て 検 討 し た . お も な 成 果 は 以 下 の と おりである.

(1)  高 気 流 速 域 で は ， 液 膜 内 に は 粘 性 底 層 と 波 動 層 の二つ の 層 が あ り ， そ の 境 界 で 速 度 が 不 連 続 で あ る こ と を ， 膜 厚 プ ロ ー プ の 出 力 電 圧 の 時 間 的 変 化 から実験的に明らかにした.

(2)  高 速 気 流 に 伴 わ れ る 液 膜 内 の の う ち ， 粘 性 底 層 は 界 面 せ ん 断 応 力 か ら き ま る 速 度 こ う 配 を 持 つ 直 線 的 な 速 度 分 布 を も ち ， そ の 厚 さ は 最 小 限 厚 に等しい.

(3)  波動層は， 一様 な 速 度 分 布 を 持 ち ， 最 小 膜 厚 ， 界 而 せ ん 断 応 力 ， 界 而 速度，液相流景の各量からその厚さが定まる.

(4)  第3章 で 提 案 し た 液 膜 内 のC Oヲ濃度の流れ方向変化の予測法のうち，

液 膜 内 の 速 度 分 布 に 式(4.7)を ， 混 合 距 離 の 最 大 値 に (3) で 定 ま る 波 動 屑 の

1字 さ を 用 い れ ば ， 高 速 気 流 に 伴 わ れ る 液 膜 内 の 流 れ 方 向 C O₂濃 度 変 化 が 予 測 できる.

第5章 平均物質伝達係数の整理

5.1  給三

せん断界而

i

を介しての気流に伴われる液Jj英流への物質伝達を評価する kで， 液 相 側 の 物 質 伝 達 係 数 は き わ め て 重 要 な 指 標 で あ る . 本 章 で は 物 質 伝 達 係 数 の用論的な予測，および実験的な終理について検討する.

一般 に ， 物 質 伝 達 係 数 に は 局 所1111と平均似があり，被J1英流への物質伝達に おいて，流れ方向のある!析而における局所の物質伝達係数 ^{α D}い は 次 式 で 定 義

される

αDLx = fn ix / (CeL一<CL > x)  (5.1 ) 

ここで m i xは気液界而を介しての質量流束， C cLは気液界而における液本il側 界而の平衡濃度，

< 

^{C L >  x}は 混 合 平 均 濃 度 で あ る . 式 (5.1)からわかるよう に ， 濃 度 差 と し て ^CeLと <^{C L > x}の 差 を と る . こ の 局 所 値 は ， 流 れ 方 向 に 変 化 す る た め ， 流 動 条 件 と の 関 係 を 考 え る 際 に は ， 平 均 物 質 伝 達 係 数^{α D L}を用い る.

せ ん 断 界 面 を 介 し て の 物 質 伝 達 に お け る ^{α D L}の 整 理 に つ い て ， こ れ ま で に い く つ か の 研 究 が あ る . そ の 中 で ， McCreadyら(5)，Henstockら(9)そ し て Ais aら(10)は 水 平 長 方 形 ダ ク ト 内 を 流 動 す る 液 膜 流 を 対 象 と し て ， ま た Komoriら(11)は風波界面を有するプール内の液体を対象として，物質伝達現象 を調査し， ^{α D L}の整理を行っている. しかしながらヲ第2章 で 述 べ た 実 験 に よ る 実 測 値 ( こ れ を 本 実 測 値 と 呼 ぶ ) は ， 実 験 条 件 の 範 囲 が 異 な る こ と に も よ る か も し れ な い が ， こ れ ま で に 提 案 さ れ た 方 法 で 得 ら れ る 予 測 値 と 大 き く 異 な り ， さ ま ざ ま な 実 測 値 を 統一的 に 整 理 し 得 る 方 法 が 見 あ た ら な い . ま た 般 に ， 局 所 の 物 質 伝 達 係 数 は 流 れ 方 向 に 大 き く 変 化 す る た め ， そ の 平 均 区 間 の 妥 当 性 を 評 価 す る こ と が 必 要 で あ る が ， こ れ ま で の 研 究 は そ れ に つ い て 述

‑66‑

べていない.

そ の よ う な 背 景 を ふ ま え ， 本 章 で は 液 相 へ の 平 均 物 質 伝 達 係 数^{α D L}につい て検討する.まず， 二酸 化 炭 素 吸 収 実 験 で 得 ら れ た 液 膜 流 の 流 れ 方 向 濃 度 変 化の実測値から， ^{α D L}の実泊1111立を算定する.その際， 3.3節 や4.3節 で 述 ベ た 物 質伝達の理論モデ、ルによる液膜流の流れ方向濃度変化の予測法を用いて，局

所 物 質 伝 達 係 数 の 流 れ 方 向 変 化 を 求 め ， 平 均 値 を 算 定 す る 区 間 に つ い て 検 討 する.さらに，理論モデ、ルから得られる平均物質伝達係数の理論値による実

社[IJ11ftの 予 測 に つ い て 述 べ る . ま た 実 験 的 な α D Lの 整 理 法 と し て ， 液 体 の 使 用 効 率 の 点 か ら 考 え た α D Lの簡便な整理式について述べる.

5.2  実験結果と計算結果

5.2.1  ).u所物質伝達係数の流れ方向変化

般 に 液 膜 流 へ の 物 質 伝 達 で は ， 流 れ 方 向 の あ る 断 而 に お け る 気 液 界 而 を 介 し て の 質 量 流 束 mi xと 液 相 の 混 合 平 均 濃 度 <C 

L >  

^xの 間 に は ， 次 の 関 係 が ある.

m i x = 

r 

^{c d( < C L > x ) I dx  (5.2)} 

ここで

r c

は ダ ク ト 幅 中 央 部 に お け る 単 位 幅 当 り の 液 相 体 積 流 量 で あ る . 式 (5.1 )と式 (5.2) より ，a D L  xは次式のよう表される.

y‑，  d< cL >x  1  .αDLx 

= 

^{1 C ‑ ‑ ‑̲I} 

ax 

C ー <C， > 

u ιL  ~ '‑'L 

(5.3) 

式 (5.3)から明らかなように，a DLxは図3.13"'"'図3.17や図4.13"'"'図4.15で示し た 液 膜 内 濃 度 の 流 れ 方 向 変 化 の 計 算 値 <C 

L > X

^{から式 (5.3) を用いて計算さ}

れる.

ヌ15.1は そ の よ う な 方 法 で 計 算 さ れ た 低 気 流 速 域 に お け る 局 所 物 質 伝 達 係 数

α D L xの流れ方向変化を示したもので，気流速度 JGが2，4および、15m/s，被

5一

M

n u

一一 X一li‑‑

ーへ ーに

‑

n U A U A U n U  

1J

ヴム

12

民 ︑目 白

∞

﹀ 担

︒

ハ リ AU

‑ ‑ E A  

 

A一C一 ー し 一

D一

α

一

ぽ

ハ

仁

リ ハ リ ハ リ ハ

U

今3

今ん

tI kJQ 

∞

﹀ 包 む

r  = 

6 x 1 0 ‑⁵ 

m

²

/ s  

J_G^二 15

m / s  

， R ， CAL3  jo 

= 

4 

m / s

， T ， CAL 2  jo=  2 

m / s

， S ， CAL 1 

x  m 

ょ

2 

( a ) 

r=8x10 ‑

⁵

m

²

/ s  

ト

ハU ハ リ

' E 且

町 一 ト

ハ リ ハ

υ A U

ハU

3 2 1  

uh JQ

O   

∞ ﹀

口

ト

ハU

n u  

‑ ‑

jG 

= 

15 mls 

， 

R 

， 

CAL 3  jo 

= 

4 

m1 s

， T ， CAL 2  jo=  2 m1s， S ， CAL 1 

i  上

2  x  m 

︑ ︑ ︐ ︐

ノ

hu   〆 ' 目 ︑ ︑

r  =  1 0  xl0 

‑5 

m

²

/ s  

jo = 15 mlS ， R ， CAL 3 

jG = 4 

m1 s

， T ， CAL 2  jG = 2 

m / s

， S ， CAL 1 

i 

x  m 

上

2 

( c ) 

図5.1 局 所 物 質 伝 達 係 数 αDLxの 流 れ 方 向 変 化 (j G=2~15 m/s) 

‑68‑

x 

1 0 ‑

⁵ 

1 5 0  

r 

= 

3  x l 0 ‑

5 

m

²

/ s  

(αDL)CAL 

さ 1 0 0

炉J

Q 

o 

5 0  

j G =   2 0   m1

s 

‑ ・

・

ハU 且

0 . 2   0 . 3  

x  m  ( a ) 

x10  ‑

⁵ 

1 5 0 1  

r  = 

4 xl0‑⁵m²/s 

さ 1 0 0

J Q 

o 

5 0  

CALC 

ドキュメント内 気流に伴われて流動する液膜への物質伝達に関する 研究 (ページ 72-77)