解析結果と考察

液相流れ場の解析結果として，渦要素分布，速度分布の時刻歴を図 4.2.4，図 4.2.5 に示す．流入直後のマニホールド内に直角な曲がり部があり，角部で大きなはく離が 非定常に発生することがわかった．また，マニホールド上端角部においても，逆圧力 勾配によって流れがはく離し，死水領域が発生している．

以上のように，マニホールド内においてはく離や死水域が発生し，流れが非定常に 偏流するため，氷塊粒子が不均一に分布することが推測できる．

(2) 氷塊粒子の挙動

氷塊粒子の解析結果として，氷塊粒子のフローパターンと体積濃度分布（Ice Packing

Factor, IPF）の時刻歴を図4.2.6，図4.2.7に示す．さらに，氷塊粒子の体積濃度の時間

平均分布を図4.2.8に示す．

氷水二相流に関する既存研究[112], [113]において，氷塊の体積濃度が約6vol%以上にな ると，氷塊同士の凝集が顕著になることが示されている．このように，氷塊濃度の高 い領域では，氷塊同士あるいは氷塊と壁面との付着・凝集が発生し易いことから，本 解析で得られた氷塊濃度分布の非定常データを時間平均することで，氷塊粒子が堆積 する位置の推定を試みた（図4.2.8）．

流れ場で考察したように，プレート分岐部上流のマニホールド内において，はく離 や死水域が発生し，流れが非定常に偏流するため，氷塊粒子が不均一に分布すること がわかった（図4.2.8の時間平均結果を見るとわかり易い）．マニホールド部において は，時間の経過と共に，上端角部の死水領域に氷塊粒子が蓄積していく様子が捉えら れた．上端角部では，氷塊濃度が局所的に10vol%程度まで増加しており，上述のよう に付着や堆積が発生し易いことがわかった．これは，氷塊粒子の比重が水に比べて軽 いために，上端角部の死水域にトラップされた氷塊粒子の多くが，死水域を抜け出す ことができずに残留するためである．

プレート熱交への分岐特性としては，マニホールド流入口からみて，中央部からや や遠い側（図4.2.8では中央よりやや右）に氷塊が集中して分配される様子が捉えられ た．氷塊が特定のプレート分岐内に集中して流入する場合には，氷塊同士の凝集や，

プレート流路壁への付着などが発生し易くなるため，閉塞が起こる可能性がある．

以上のように，氷塊粒子の非定常挙動を把握するだけでなく，氷塊粒子濃度の非定 常データを時間平均することによって，氷塊粒子の堆積が発生し易い位置を推定でき ることを示した．

渦度 _zW/U 渦度 _zW/U 渦度 _zW/U

図4.2.4. 瞬時の渦要素分布

時刻 tU/W=8 時刻 tU/W=16 時刻 tU/W=24

速度 | vf |/U 速度 | vf |/U 速度 | vf |/U

図4.2.5. 瞬時の液相速度の分布

時刻 tU/W=8 時刻 tU/W=16 時刻 tU/W=24

速度 | vp |/U 時刻 tU/W=8

速度 | vp |/U 速度 | vp |/U

時刻 tU/W=16 時刻 tU/W=24

図4.2.6. 瞬時の氷塊粒子の分布

体積濃度CV

時刻 tU/W=8

体積濃度CV 体積濃度CV

時刻 tU/W=16 時刻 tU/W=24

図4.2.7. 瞬時の氷塊粒子の濃度分布（IPF）

図4.2.8. 氷塊粒子の体積濃度の時間平均分布（IPF） 体積濃度CV