エチルアルコール液中の気ほうの様相 : 第3報, 液
体の物性値が変化した場合
著者
玉利 ?一
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
15
ページ
1-13
別言語のタイトル
MOVEMENTS OF AIR-BUBBLES IN THE ETHYL ALCOHOL
: 3rd Report - The Case when Change of the
Property Values of Liquid
エチルアルコール液中の気ほうの様相 : 第3報, 液
体の物性値が変化した場合
著者
玉利 ?一
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
15
ページ
1-13
別言語のタイトル
MOVEMENTS OF AIR-BUBBLES IN THE ETHYL ALCOHOL
: 3rd Report - The Case when Change of the
Property Values of Liquid
エチルアルコール液中の気ほうの様相*
(第3報,液体の物性値が変化した場合)
玉 利 賛(受理 昭和48年5月30日)
MOVEMENTS OF AIR-BUBBI.ES IN THE ETHYL ALCOHOL
(3rd Report-The Case when Change of the Property Values of Liquid)
Masakazu TAMARI
The author performed h is experimentalstudies, as one way ofexplanation of the heat transfer
in the case where air bubbles exist in the liquidl On how the movements and various properties of air bubbles in the liquid wereinfluenced by the change of the property value of liquid･
The present experiment was done withone nozzle and withtwo nozzles of single hole each
respectively to inject air bubbles into an ethyl alcohol(C2H50H)･ Tn that occasion, the movements of air bubbles inclusive of the production frequencies of air bubblesJ the radius of each bubble, the ascending veloclty Of the air bubbles, etc･ were analysed, and simultaneously experimental studies on the 且ow around the air bubbles and on the interference between each air bubble, and between the bubble andthe liquid were performed, where the purity of ethyl alcohol was 99.5 volume O滝,
Constant temperature or the liquid: 18oC) and the irUeCtion quanltlty Or air: the same quantlty Or
air was Injected into liquid at the same time througheach noz2:le when two air Injection nozzles
wereused. 1.ま え が さ 水中に吹き込まれた気ほうの液体かくはんの様相に 着目し,以前に気ほうの混在する水と壁との間の熱桓 達を研究するための1)2)基礎実験として,水中に壁面 のをい場合と垂直に支持された平板伝熟面に相当する 壁面のある場合について, 1個の上向き単口の円形ノ ズルから水中に空気ほうを吹き込んだ場合8)と同形の 単ロノズルを2個同時に使用し,各ノズルとも同時に 等畳の空気ほうを水中に吹き込んだ場合4)について, これら吹卓込まれた気ほうが液体をかくはんする場合 気ほう相互間の干渉が熟伝達にいかに影響をおよほす かの基礎資料をうるために,水中気ほうの挙動と水中 気ほう相互間の干渉関係をど気ほうの液体かくはんの 様相川)の詳細を空気吹込位置,ノズル間距離,空気 吹込量を変化させて実験を行をい検討整理した3)4). 本報告は液体の物性値の相違が気ほうの様相にいか に影響をおよほすかについて明らかにせんとするもの である.実験用液体にェチルアルコールを使用し, 1 個の単ロノズル, 2個の単ロノズルの各場合について それぞれ実験を行をい検討整理したものである.をお 実験は壁面をし, 1壁面の各場合にわたって行在った. 2.実験装置および測定法 実験装置全体の概略図を図1に示す.図において, ④試験そう(内そう), ⑨恒温そう(外そう)で,そ れぞれ角形水平断面で四方に観測窓をもち,これらの 内部に試験用液体として大気圧の純度99.5% (容墳) のエチルアルコール(C2H50H)を満し,液温18oC一 定のもとで使用した.一方恒温そう用液体としては水 を使用した.また防煤のために⑳ラボスターラ(かく はん機),⑳換気用ダクトを配置した以外はすべて実験 装置,実験方法は前報3)4)の通りである. ⑧は空気吹 込用ノズル, ⑨空気吹込用ガラス導管である.ノズル は単一単口で口径0.9mmで)ある.本実験はノズル 1本,ノズル2本の各場合について,伝熟面に相当す
2 鹿児島大学工学部研究報告 第15号 自由液面 自由液面 F: 一一一一一一一-う
① 儡⑥ 欝腔⑧9
⑩ ーZ)I二 一〇一一 〇一_ ･●〇二二 lp --鬱'-㊨ ⑳⑧ Q旬 1 劔劍t く胃P C) ⑯ロO ▼1一●IT 11■●一一 @⑫ ①壁面 ⑧空気吹込用ノズル ⑨空気吹込用ガラス導管 ⑥武験そう(内そう) ⑤恒温そう(外そう) ⑥マノメータ ⑨サージタンク内圧抑コック ⑳コンプレッサ ⑪定電圧調節器 ⑳精密自動温度調節器 ⑳変圧串 ⑩蝶形ヒ-タ ⑦空気量調節コック ⑯冷却管 ⑧サージタンク ⑩ミリボルトメータ 図1 実験装置系統図 ⑪ロータリースイッチ ⑩冷接点 ⑳熟電対 ⑳美食液体温度検出用熟電対 ⑳熟電対 ⑳ラボスターラ ⑳換気用ダクト る伝熟壁面8)の有無で行覆われた.図2に空気吹込 用ノズルと壁面の配置を示す.ノズル位置は水面下 262mmとし,この深さで壁面中央点を原点0として図 のように座標軸xyzをとった.ノズルと壁面との距離 (X軸上での位置の変化)をEとする,ノズル間距離 杏;とする, 2本のノズルを同時に使用する場合はノ ズルのZ方向の配置は原点0から互に反対方向に各ノ ズルまでの距離が;/2に等しくをるように設置した. 夜お吹き出しロを出る気ほうの大きさおよび気ほう発 生頻度は気ほう発生様相の撮影装置a)により吹き出し 口より上方4.5mm のところを気ほうの上昇方向に垂 直をスリットを通る光来で切り,その影絵を回転ドラ ム上のオッシロ紙にうつして調べた. 2･1実験条件 液体はエチルアルコ-ル(C8H50H) :純度99.5% (容墳)を使用した. 液体の温度は18oC一定であった. ノズル(空気吹込口)数 2:n-1,2個 ノズル1個の吹込空気量 Q0-0.21,0.96,1.87, 5.00, 9.44, 20.75 Ncma/Sの範囲で行在った. 伝熟面からノズル中心までの垂直距離 E--, 50, 20, 10, 5, 2.5mm ノズル間の間隔;-0 :(gn-1), 愛息払即刀しの配丘歯 図2 空気吹込用ノズルの配置図 ;-50, 30, 15, 10, 5rzm: (zn-2) ノズルの位置はすべて自由液面下262rrm とした. 空気の吹込には口径dn-0.9mmの上向き単ロノズ ル7)を使用した.各吹込用ノズルからは同時に等畳の 空気を吹込んだ. 空気の温度はすべて18oC一定のもとで吹込まれた. 但し, 8--は壁面をしの場合を示す. 気ほうの発生頻度f個力は,すでに報告のごと く オッシログラフの光学箱を改良して,オッシロペ-パ に気ほうの流し写真としてとらえこれを解析した.同 時にストロボスコープにより観測確認した.気ほう径 dはfとQoから理想球形として算出した.気ほうの 上昇速度Uは8mm シネで気ほうのノズル離脱時か ら自由液面までの上昇の全過程を撮影し気ほうの移動 距離と時間から解析した.合流点,合流点距離は前 報8)での仮称にもとずいて決定した.気ほう上昇時の ふれ9),および合流点は2分間の気ほうのふれの最大 値を包絡線として求め解析した.同時にカメラにおさ めて気ほうの移動の軌跡からも判定した. 3.実験結果とその検討 (i)気ほう発生頻度と気ほう径 空気吹出し口近 傍におけるエチルアルコール(以下C2H50Hと記す) 液中の気ほうの写真を気ほう発生様相の撮影装置によ って空気吹込量Qoを変えて撮影した一部(35.,-1, 8 --)を図3に示す.壁面をしの場合の気ほうの発生 頻度/空気吹込量Qo との関係を図4に示す.図中の 実線はC乏H50Hのzn-1, zn-2の場合,破線が水の zn-1の場合を示したものである.図において水の場 令,空気吹込量Qo の増加とともに気ほう発生頻度f 紘, Q0-5.00Ncm3/S近傍までは夜めらか夜曲線をえ がいて増加する傾向を示した8)4),一方エチルアルコー ルの場合はzn-1,zn-2の各場合ともに, Qo≦5.00 Ncm8/Sの領域では気ほう発生頻度fは水に比較して 急激を増加傾向を示す.この場合Qo,Pb5.00Ncma/Sの玉利:エチルアルコール液中の気ほうの様相 ▲ l Qo Ncm3/S : 0.21 0.96 1.87 5.0 9.44 20.75 図3 空気吹ILl'.し近傍におけるCIZH50H液中の気ほうの写真(Zn-1, E--) 100 90 帆 ≧80 ヽ70 tl ち--,ノズル径0.9mm≠ @Zn-- +zn-2(E-50mnl)I-1チルアルコ-ル 劔 一一■■ I ｸ ﾂ 一一一 一一.■■ 一一■ _ー ｨ爾ﾒ ≡ ---純水(Zn-1) 剪 ′一一一′l 剩 ⊂L ー a 堤 声 ｢＼ 1 ∩ Pく 'qS D l ･.l′--′ 剿 ｨ ﾂ 一一■■ 一一■ 一■■ / 剪 .■′ / / JE ● 梯 / / / 一こ_ Tく ′ ▲0246810121■4161820 Qo Ncm/S 図4 ′とQoとの関係 u a S O Z J t o [ l 0 0 0 6 5 4 0 0 0 0 E i J U h ユ 日 日
鹿児島大学工学部研究報告 〆第15号 領域では′の増加率は水の場合に比較してか在り小さ く,次第に一定値に近ずく傾向を示した.しかし水, C2H50Hいずれの場合においてもQo>5Ncm3/Sの領 域においてはfの値はQoの増加とともに直線的に増 加することが判かった.図5に壁面をしの場合の気ほ う発生頻度fとノズル間距離この関係を示す. Qo の 小さい領域では/に対するこの影響は顕著にあらわれ をい,このことは水の場合3)4)と同傾向であった.し かしQoの増加にともをってfは;-30mm近傍にお いて低下する傾向を示した. 1壁面の場合のfと;の 関係を図6に示す.水の場合にかハては,壁面をしお よび1壁面の各場合ともにほぼ同傾向を示すことは前 10 20 30 40 50 lmm 図5 ′とこの関係
ZnBi-:fomm':QS…≡…...……"C:m3/S;≡;≡…三軍…5"デ/S
･.一回..･.-Ei) ﾓﾘ xB 冢r 】 a)- .l -A- 辻 2 A 一 ･-守..- 坪 Tﾂ l l -◎-● ﾒﾘ ﾒ ､1 ﾊBﾘ ﾂ I I JXtE'!.X.-Y y I 鳴 ｡-●-● I 啌ﾒｲﾒ " 10 20 30 40 50 lmm 図6 ′とこの関係玉利:エチルアルコール液中の気ほうの様相 報3)4)で報告ずみのとおりであるが, C2H50Hの場合 においては(>30rrm領域ではこの増加とともにfは やや増加の傾向がみられる.次に1壁面の場合の′と 壁面からノズル中心までの垂直距離Eの関係を図7に に示す. Qo一定のもとで壁面からノズル中心までの 距離Eを次第に小さくとるとき,すをわちノズル位置 を壁面に近かづけるときはQo>1.87の場合は′の値 はわずかをがら増加の傾向を示し, ∈-10mm近傍で 最大値を示す一方E<10mmにおいてfは減少の傾向 を示し, E-5mm 近傍において最小値をとることが 判明した.さらにノズル位置を壁面に近かづけるとき 紘/は再度増加の傾向を示す.これはノズルが壁面に 近づくと10<Eく50 の領域においては壁面と気ほう との間にはX方向の流れの整流作用に加えて,図の ごとく zn-2 の場合は各ノズルからの発生気ほう同 志の気ほう間の干渉(Z方向の流れの干渉)が加算さ れるために空気吹込が液体循環助成側に作用すること によってE-10mm近傍まではfが増加の傾向をとる ものと考えられる.すをわちこの領域の流れは2次元 的であるが∬方向の流れとして極めてよく整流され 5 るものと考えられる.一方ノズル位置がE-5mm近 傍に在ると壁面が気ほうに対して整流板の作用ををす のみ覆らずかえってy方向の反ばつ力を作り,前述の I,Z方向の流れに加えてy方向の流れをかもし出し これが液体循環抑止作用ををしノズル近傍の流れは3 次元流と在りこのため′の急げきを低下をきたすもの と考えられる.さらにC2H50H中の気ほうはy方向 の流れが作られる時は気ほうの分裂作用がはげしくお こりミリ以下の分裂ほうを無数に作ることをどにより 流れの循環抑止側に働らき-そうこの傾向を強めるも のと考えられる.表1に気ほう径dとノズル間距離( (壁面をしの場合)との値を例示する.図8はdとQo の関係を片対数グラフにとったものである. Qo の増 加とともにdは増加の傾向を示すzn-1,zn-2 とも ほとんど同傾向でその絶対値は表1のごとくわずかの 違いである.水と比較するとQo の小さい領域では C2H50Hの方がdは小さくQoが大きく在る時は図の ごとくほとんど同じ値を示すQ0-9.44Ncma/S のご とし.図9は壁面をしでzn-2の場合のdとこの関 係を示す図において各流量ともにdは亡 にほとんど -■■.◆ _1∠: ｷ ﾚH $ l ｸ ﾒ l一 ､↓ lf 免ﾂ ﾂ 10 20 30 40 図7 fとEとの関係 50 E mm
6 鹿児島大学工学部研究報告 ′第15号 衰1 (E--) 0.21 Ncm3/S 0.96Ncm3/S I 1.87Ncm3/S 9.44Ncm3/S L 20.75Ncm3/S E=王CO 純水 劍4x6 8ｸ4 8ｸ5( ｸ8ｲ 剿ﾈ耳 ﾂ ▲ 沸籌 Zn-1 ● 沸ふ"ッﾓS DFﾒ ﾂ Zn-2 (6-50nm) tll 劔 l 己貢ぎt圭書芦;千 劔 ち Il 0.1 0.2 0.40.60.81.0 2 4 6 8 10 Qo Ncm'/S 図8 dとQoの関係 10 i: J= 勺5 0 E=∞,Zr-2T fPTl 血一一一血-A･....-.-
三二'⊥
ﾒ
.一計..-.一〇一一.-●-4.-...-I ∫-■■■8Q0-20.87Ncm./S｡Q0-17.87iYcmJ/sr
A/,=9.44//y'/-0.96,/一一純水 ▼〃=5.00,,'〃-0.2】〃l 10 20 30 40 50 Emm 図9 dとこ との関係 関係をく一定値を示す. (ii)気ほうのふれ 図10(a),(b) 1壁面およびE--の場合の気ほうのふれとEの関係の一例を示す.ふ れはzn-1,zn-2の各場合ともy方向, Z方向いず れも水の場合と同傾向を示した.しかしy方向のふ れはC2H50H の場合が水の場合に比較してやや小さ いことがわかる. A:方向ふれはほほ同値である.図11 (a),(b)はzn-2で1壁面, E-50rrmのy方向, Z方 向の最大ふれを高さ方向位置∬ とノズル間距離この 関係で示したものである.図においてy方向ふれとこ の関係をみると X の小さい部分すをわちノズル近傍 ではQoにほとんど関係をく, Xが大きく在るとふれ は大きく覆る傾向を示している.ふれはノズル離脱後 に液中上昇の過程で気ほう相互間の干渉のために水中 の気ほう同様(-30mm近傍において最小値を示し, この前後ではふれは最大の傾向を示している. Z方向 ふれとこの関係はy方向ふれとは逆に(-30mm近傍 で最大値を示し,この前後ではふれは図のごとく減少 の傾向にあることがわかる. zn-1ではふれは水の場 合と同様y方向, Z方向ともに同じで,ふれ領域断面 はふれ幅を直径とする円形と在る.しかし水の場合ふ れはXがある高さに達するとほとんど増加し覆いの に対してC2H50HではXが大きく在るにつれてほほ 直線的に増大する傾向を示す.特に水の場合と異をり QoおよびXの大きい領域では気ほうは容易に分裂し て無数の1ミリ以下の極小気ほうが生成されるが10㌧ ここで示したふれは極小気ほうも考慮した値である. 以上C丑H50H 中の気ほうのふれは液体の物性,主と して表面張力と粘性に影響があるものと考えられる. (iii)合流点と合流点距離 前報4)において二本の ノズルから液体中に空気を吹き込んだ場合,気ほうは その上昇過程において相互間の干渉によりしだいに接 近し,ついに浮動上昇過程のある高さの位置において 合流し合体する.この点を合流点と称し,合流点まで 0 8 6 4 2 -q m P靭わ-千
王制:エチルアルコール液中の気ほうの様相 7 の気ほうの移動高さを合流点距離と称した.図12にE -∞の場合の合流点距離とこの関係を示す.図におい てQoが小さい領域では最初の合流点は比較的小さい 合流点距離で実現し, Qo の大きい領域においてはこ の大きい場合からこの小さい場合までか在り広範囲に までおよぷことがわかる.気ほうの合流はQoの大き いほどこの大きい借で容易に行をわれるが,このこと は水の場合と同傾向であった4).しかしC2H50Hの場 合は水の場合と比較して各Qo ともこの比較的大きい 領域で合流する傾向を示す. 1壁面の場合でZ.L=2に ついて合流点距離とこの関係をQo一定で E-5-50 mmの範囲でEを変化した場合の合流点距離の変化を 図13に示す.図においてEが小さくなるにつれて合流 点距離は大きく在ることがわかる.一般にC2H50H 液中では水の場合に比較してか在り早い時期に合流し 合体することがわかった.合流した気ほうは極く微細 を1ミリ以下に分裂分散し自由液面で消滅することが 肉視観察,をらぴに写真観測の結果から判明した.図 10 20 30 40 50 ● Q0-0. 21Ncnt/a I rJ-=0.96 /I ● 〃=-I.87 〃 ▼ 〃-5.00 〃 ▲ 〃==9.44 〃 ● 〃;=20.75 〃 10 20 30 40 50 ･.E nth 図10(a)それとEの関係 14にE--でzn-2,;-15mmにおける水とC乏H50H の気ほうの液中上昇過程の写真をQ0-9.44 および 20.75Ncma/Sの各場合について例示した. (iv)気ほう発生と上昇機構 水中に吹き込まれた 気ほうは発生後生長しノズル離脱直後から浮動運動し 夜がら上昇するが,たとえzn-2の場合であっても ;がある値になるとついには1本の気ほう柱を作りや はり浮動運動を実現することはすでに前報4)でのべた 通りである.いま水中気ほうの上昇過程をノズル数 zn-1を使用した場合について,発生気ほうのノズル 離脱直後における1個の気ほうの推移のあり方を8ミ I)シネにより各空気吹込量Qoにたいして追跡撮影し, その気ほうの金上昇過程にわたって解析記録したもの が図15である.図において空気吹込量の比較的少をい 0.21<Qoく1.87の領域では気ほうはその上昇過程に おいてさほどの大きを干渉関係はもた覆いことがわか る.このことは水, C2H50Hともに同じ傾向であった. ところが9.44<Qoく20.75のように比較的Qoの多い 0 80 60 40 20 0 80 60 40 20 0 80 60 40 20 0 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 1 0 20 30 40 10 20 30 40 50 Enn 図10(b)ふれとEの関係 0 0 0 0 一 ■ V ▲ ︼ 2 t n E q ￡ Y W b J B : 6 1 0 0 0 0 0 8 6 ▲ ︼ 2 0 0 . 0 0 0 8 6 4 - 2 0 0 0 0 0 0 8 6 . 4 - 2 1 tm￡ye直9:I
鹿児島大学工学部研究報告 第15号 80 60 40 20 0 80 60 40 20 0
5:呈慧mmX-200-レ ーl
≡-1..-...一一一･.一つ一一一一一｢こ′ ● _′J､畠. ｨ ﾂ 7くX 僮 剪 ○.冒 1020304050≡業容二王&=150mmE
二竿華子喜一.F
10 20 30 40 50 2-100mm ■一也 -▲､ふ.. J 劔- -▼ や ﾘ ｢ ll JI - 免ﾂ ﾂﾒ b 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 Em 図11(a)ふれと;の関係 ●Q≠02(Nen3/i X〝=0.%U 僞=よ ◎〃 敦b F Zn-2 I■ ● I ●-qフ ′ー● ll 10 20 30 40 50 60 6 Tnm 匪12 合流点距離と;との関係 1壁面,EE50mtD.Znr2.∫-200mm ll I 凵[ / f .∫-150mTT) ll 二二｣/二一二==ニーデー iii-■-■ー †1- 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 lm･ 図11(b)ふれと;の関係 91ヽ ｨｾ8耳示ﾉ¥ylｧｦ韶S" I 思 量 -I ∼ くさ " ﾈ(自? 茲 ( I 盛.1= 排 衣 Q. 葛J妻 ヽ●三. ヽ● :.'1 ､号こ､J.#StB t 調 X+ ﾔ｢粐ﾔﾈ :(. 唸 g ｢ﾓｴ辻粳 b 10 20 30 40 50 60. g.Dm 図13 合流点距離とことの関係 ヨtfYe屈やR 0 0 0 0 0 8 6 4 2 0 0 0 0 0 C O q > 4 2 q t n ￡ Y e 握 9 : 2 8 0 6 0 4 0 2 0 0 0 0 0 0 0 8 6 4 - 2 0 0 0 0 0 8 6 4 2 8 0 6 0 4 0 2 0 0 2 0 0 1 5 0 t m 遊 資 . g 煤 軸 l 二 一 ● ▲ ▼ ● ●純水 Q. Ncm3/S .･ 9.44 エチルアルコール 9.44 図14 液中気ほうの写真(Zn-2,i--,;-15mm) (.D エチルアルコ-ル 亡き巴 20.75 ∈u苧 --⊥バ 置
T -こ.･十
-出堂︰H≠ヽL,7)VUIヽt,落せ8獣∼叫jO)薬童00 舶ﾓﾓ24纉b .80 60 40 20 00 80 60 40 20 0 ◆適 坪冑爾停
J-. Q -:I.,1
･CF I:iL.-. ﾓ
l .二-l磨
:tJ@
/ I.6主† fo/ズ,L21笠置20 lO/ズル位置 20 20 IO/ズ,V210%置 20mm ｣ー｣ 図15気ほうの発生と上昇機構(壁面をLE--,a-1･純水,iijsecにて撮影) 20 十o/ズノV21;置 1 1 1 1 ︹uuj轟畿寮漁･.〟.;I.: -(: '1..,i. ,:1.../:;Ti....:L.. u. :.( ,I.,V,: '1.. A..,.tli. ,I.(").. :''L...1 I.L../, i,.三
玉利:エチルアルコール液中の気ほうの様相 L-6.92 L-7.00 L-7.53 . dmm エ-6. 57.-L=7.71 ′■■､ ノ ヽ_ ､ (8.78) ヽ I k一max ノズル位置 液体 買# C2HかH 買# C2H50H 買# C2H50H 買# C2H60H 買# C2H50H 流量QoNcm'/S 纉b 白繝r 湯紊B 縱R 1個の気ほうの成長 ×120 1 2 ×120 1 紊" ×120 1 # # " Su # ﾓ 時間fsec .7 .9 .0 偵 鋳 .1 ー3.2) 茶"纉B 3.I (3.5) 気ほう径 澱 4.18 澱 3.95 澱 R 4.18 迭 6.08 釘綯 6.08 dm 劔剪ッ經R (6.76) 茶ゅ (8_36) 気ほう発生頻度 ′個/S 縒 5.3 免ﾂ綯 21.6 41.4 鉄"繧 32.64 塔R紕 42.03 気ほうの成長速度 S偵B 166.4 c 絣 168.0 s2 182.5 c 156.4 c 138.3 L/Lmm/S 劔剪 c 縒 (148.2) 茶3c2 (229.1) 図16 空気吹込量に対する気ほうのノズル離脱直後の形状(H20),および気ほう形成時の諸値
[注] max, ( ):は気ほうの最大値を示す. 液温: H･20-28oC, C2H50H-18oC
領域においては図からかをりの干渉関係がもたれるで あろうことを知る. C2H50Hにおいて気ほうの肉視観 刺,写真観測の結果から検討する時図のごとくノズル 位置3-74rrmの点以上の領域においては水に比較し てより一層その傾向は大きく,すをわちこの領域にお いては気ほうは干渉(気ほう間の干渉,気ほうと液体 との干渉等)によって1ミT)以下の分散気ほうと在り 広い領域にわたって影響しあうことがわかった.次に 図16に空気吹込畳に対する気ほうのノズル離脱直後の 形状(H20),および気ほう形成速度等諸値(H20,C2H5 0H)を示す.C2H50H液中における気ほうは気ほう径 は別としてノズル離脱時の形状に関してはH20中の 気ほうと類似することがわかった. (Y)気ほうの上昇速度 図17は壁面をしでzn-1 の場合の気ほう移動高さXと気ほうの局所上昇速度U の関係を示したものである.吹込空気はノズル出口を ある速度で流出し, Uは上昇高さに比例して各Qoご とに直線的に増大する,その増加の割合はQoく1.87N cm8/Sの領域で小さく, Qo>1.87Ncma/Sの領域にお いては比較的に各空気吹込量の大きさにしたがって順 次大きい値を取ることが判明した.この傾向は水の場 合にも適用され8)たことがらでもあるが,全般的に C2HsOH液中のUが水中でのUよりもやや大きい傾 向とをる.またこの領域においてはノ気ほうの上昇度U の増加率は水に比較してC2H50Hでは小さいことが 判明した.これらのことは吹込空気ほうがC2H50H 液中において分散ほう化してもをお正常を形を保って いる気ほうが存在し,これらの気ほうは吹込空気盈 Qoの全領域にわたって水の場合と比較して気ほうの 分散もてっだって大幅にはふれることをく液中を比較 的に真直に上昇するためにUの絶対値はC2H50Hの 場合が大きく在るものと考えられる.またC2H50H では気ほうはかをり早い時期において数多くの1ミリ 以下の分散ほうに分裂して浮動上昇運動を行をうこと をどからUの増加率はある程度にとどまるものであ ろうと考えられる.図18に2:n-2, Q0-0.96Ncm3/S の場合について8--と1壁面のXと Uの関係を例 示する. zn-2の場合は水の場合と同様( -50mmを 除いて,上昇速度は気ほう相互間の干渉によりノルズ 離脱直後から常に一定速度を保つ.図において同じ; についてみると水の場合の速度が大きいのは,水中気 ほうのふれが気ほう間の干渉により抑制されること, Q0-0.96Ncm8/SでC2H50Hに比べて前述の図17で わかるごとく気ほうが大きいことによるものと考えら れる. 4.む す び 実験用液体としてエチルアルコールを使用し,空気 吹込口数(ノズル数) zn-1, zn-2の各場合につい て液中気ほうの挙動について実験を行在った結果,水 0 5 0 1
∫ ∫ ● rrrrrﾂrrrr ﾂ ● .i ∫ ∫ P / 綴ｨRrrrrrr ● 坪4x68ｸ48ｸ5(ｸ8ｲ ∫ ∫ ∫ ー純水 ∫ / ∫ 00-9.44Ncm3/S
′ / E=oO Zn-1 ●Q0-0.21NcmJ/s XQ0-0.96〃 @Q0-I.87^' AQ0-9.44〃 G)Q0-20.75^' ll
′ヽ rr∫ ∫ / '-19 白 10 20 30 40 50 60 70 80 Ucm/S 図17 Xと Uとの関係 I i-co Q0-0.96Ncm./S 價 I 僮 I l I -一一Zn=1 劔一 l -Zn-2 劔l I 白 ●E-50mm 劔一 I xE-SOW @{-15mm 劔I l I
l ---純水 Zn-2{-30mm 僮 一l l l I ﾂ I 凵I I I I I J -● I - l l l l I I I l ● I ∫ 10 20 30 (a) Ucm/S I l壁面 剪 白P' l Q0-0.96NcmJ/S 劔 鳴｢ -_.-Zn-I 劔 白ﾄ (E-50mm) -Zn-2 ●E=50JnTn ×6-30Tnm ◎E-15EDm ▲
---,i 白I=IR Zn-2 隆ﾓ3ﾗ&
I / I
I 帝fﾒ 10 20 30 (b) U cm/S 図18 3とUとの関係 200 血 10 醸ya酔汁傭L傭蛍雪冷沓坤 瀕15坤玉利:エチルアルコール液中の気ほうの様相 13 の場合と比較して,次のようを相違が認められた.す をわも, (1)気ほう発生頻度fは水の場合において吹込空 気流量Qoの増加とともにほとんど直線的に増加する のに対してエチルアルコールの場合においては最初か らある程度まで急激を増加が見うけられるが,更にQo の増加にしたがって次第に一定倍に近づく傾向で増加 することがわかった. (2)気ほう発生頻度/とノズル間距離この関係で は水が( -20-30mmの範囲で増加の傾向を示すのに 対して,エチルアルコールにおいてはく-30mm近傍 で最低値を示すことがわかる. (3)気ほうのふれはエチルアルコールの場合,気 ほうの移動距離Xが大きく在るとともにほぼ直線的 に増加の傾向を示す.水において気ほうはある高さに 達するとほとんど増加し覆い,しかしことの関係にお いてはエチルアルコール,水ともに∈-30mm近傍で ふれの最小値を示す. (4)合流点距離は水の場合に比較してエチルアル コールの方が各Q｡とも,この比較的大きい領域で早 い時期に合流し合体する. (5)上昇速度Uは,エチルアルコ-ルにおいて水 に比較してやや大きい値を示す.また気ほうのノズル 離脱後の速度は(-50mmを除いて一定値を示すこと がわかった. 5.あ と が き 最後に本研究に種々御指導と御援助を賜った九州大 学工学部西川兼康教授に対して厚く御礼を申し上げま す.また終始実験に協力した塚崎正温,上加世田司郎 (当時 蒸気工学研究室助手,および技官)君,デー クーの整理の一部をわずらわせた加治屋厚贋技官に感 謝の意を表する.また実験の一部を担当した河野信, 薗田輝雄,明石晴夫,梶原宣洋の各工学士に謝意を表 する. 参 考 文 献 1)玉利･石神･西川:日本機械学会論文集.33-245 (昭42-1), 87. 2)玉利･西川:日本機械学会九州支部講演論文集. No. 67-2 (昭42-5-26), 25. 3)石神･玉利:鹿児島大学工学部研究報告. 5 (昭 40-5), 17. 4)玉利･塚崎:鹿児島大学工学部研究報告. 8 (昭 42-5), 47.
5) P. F. wa°e and S. ∫. Burnett: Trams. Inst.Chem.
Engr., 39 (1961), 168.
6) DrJ･F･ Davidoson: Trams. Inst. Chem. Engr., 39 (1961), 230. 7)文献4),第2図空気吹込用ノズルの顕微鏡写真 を参照(倍率20), (注 倍率30は誤印刷である). 図のごとく単一単口の円形ノズルであらかじめ 十分真円に近いものを万能投影機で選別して採 用した. 8)本実験では図2のごとく厚さ2.5mmのガラス 壁面を使用し熟負荷は与えをかったので単をる 壁面と考えてよい. 9)上昇過程の気ほうは∬軸からある程度それて, y,Z方向に動揺しをがら上昇するが,この浮動 運動領域の限界は気ほうの上昇の全過程をy方 向, Z方向の両方から平行光線で照らし,気ほ うの影を紙上に投影し,これを目視観測してお よそ2分間の気ほうのふれの最大値を包絡線と し,ふれとして求められた. 10)文献4),第13図の説明でE--の場合, Q｡-0.21 Ncm8/Sで(-10mmとあるのはく-16mm の 誤印刷である. ll)大山:理研褒報. 21 (昭17), 916. * 本報告は以前に報告しておいた"水中の気ほう の様相"節l酔)第2鰍)との関連論文であり, 第3報に相当する.
