第 3 章 混相内部流への適用と検証
3.3 三次元解析（One-way 解析）
3.3.3 T 字型合流路内での固液二相流の解析
3.3.3 T字型合流路内での固液二相流の解析
粒子解析の時間刻み ： tpV1/W1=0.01 一個の標本粒子が代表する実際の粒子数： Np=1
Two-way用の計算格子幅 ： ltwo way /W1=0.125
(4) 解析結果と考察
① 液相流れ
液相流れに対して，瞬時の渦要素と速度の分布を図3.3.3-2～図3.3.3-5に示す．合流 によって支流からの噴流は大きく偏向し，合流部の上流および下流で非定常なはく離 渦が発生した．また，主流に対して支流断面積が小さいため，主流が噴流の脇を回り 込む流れとなり，円柱周りの流れと類似した流れが現れた．噴流後流にカルマン渦列 のような渦構造が形成され，この渦列の影響で噴流軸が左右に非定常に揺れる現象が 観察された．このように，T 字型合流路では非定常な渦の発生・発達および合体・分 離によって，様々な渦構造が相互作用を及ぼし合い，複雑で非定常性の強い流れとな る．以上のような現象は，単相流の既存研究[107], [108]でも同様に報告されている．
また，二相間相互作用の影響は，別途行ったOne-way解析と比較すると，二相間の 相対速度が大きい場所で若干ではあるが現れた．合流部では液相と固体粒子の軌跡の 違いで噴流の偏向度合いが弱まることや，粒子濃度の高い領域で液相流れが減速され ることがわかった．
図3.3.3-2. 瞬時の渦要素と液相速度分布（全景，tV1/W1=15）
(a) 渦要素分布 (b) 液相速度分布 z/W1=0
z/W1=2
z/W1=4
z/W1=6
α /( V1W12) vf / V1
α /( V1W12)
(a) 支流からの渦のみ表示
(b) 主流上下面の渦のみ表示
(c) 主流側面の渦のみ表示
図3.3.3-3. 瞬時の渦要素分布（全景：支流渦，主流の上下・側壁面の渦，tV1/W1=15）
図3.3.3-4. 瞬時の渦要素分布 (a) Side view
(主流側壁からの渦以外の渦を表示)
(b) Top view
(主流側壁からの渦のみ表示) tV1/W1=10
tV1/W1=9 tV1/W1=8
tV1/W1=7 α /( V1W12)
図3.3.3-5. 瞬時の液相の速度分布
(a) Vertical plane (x/W1=0) (b) Horizontal plane ( y/W1=0.5) tV1/W1=10
tV1/W1=9 tV1/W1=8
tV1/W1=7 vf / V1
② 固体粒子の挙動
瞬時の固体粒子分布および時間平均濃度分布を図3.3.3-6，図3.3.3-7に示す．噴流後 流に発生する非対称な渦列によって，合流直後から急激に固体粒子が水平方向に乱流 混合される様子が捉えられた．また，固液密度差によって鉛直方向に二相間での相対 速度が生じるため，本条件では固体粒子の一部が下壁面に沈降し，合流後2W1程度下 流でしゅう動する流れとなった．
さらに，流路の四隅では中心部に比べて液相速度が低下するため，主流流路の下面 側の両端部で固体粒子濃度が高くなることがわかった．粒子濃度が高い領域では，前 述したようにTwo-wayの効果で，より堆積し易い流れとなる．
図3.3.3-6. 瞬時の固体粒子の分布
tV1/W1=10 tV1/W1=4
tV1/W1=8 tV1/W1=2
tV1/W1=6 tV1/W1=1
vp / V1
③ 二次元場を模擬した実験との比較
固体粒子の三次元的な挙動を調べるため，奥行き方向に形状の変化が無い二次元場 を模擬した実験結果（3.2.4項）と比較した．比較結果を図3.3.3-7，図3.3.3-8に示す．
二次元場を模擬した実験（図3.3.3-8）では，主流が噴流を水平方向に回り込む流れ が無いため，合流部下流側の角部で大きな逆流域が発生する．そのため，この大きな 逆流領域に固体粒子がトラップされ，堆積する様子が捉えられている．
三次元解析と二次元場を模擬した実験を比べると，固体粒子の偏向度合い，しゅう 動流れの発生位置については良く類似している．ただし，対象とした三次元形状では，
液相流れ場で考察したように合流部下流側での逆流域が小さく，二次元実験とは異な る流れとなっている．そのため，合流部下流側での逆流域で固体粒子の堆積が発生す ることは無かった．
図3.3.3-8. 二次元場を模擬した実験結果
(a) 瞬時の固体粒子分布 (b) 固体粒子の時間平均濃度分布 Side view
Top view
図3.3.3-7. 固体粒子の瞬時分布および時間平均濃度分布
(a) 瞬時の固体粒子分布（tV1/W1=15）
Bottom of the main duct
Center plane of the main duct (b) 固体粒子の時間平均濃度分布
z/W1=0
z/W1=2
z/W1=4
z/W1=6
vp / V1 CV