研究発表

発熱反応,拡散,対流を伴う流動場において発生する振動現象について,粘性の影響に着目し流路幅が小さく壁面の影響が大きく現れるミリスケールの装置内での振動パターンについて実験的に検討した.操作条件の変化による流れの振動パターンの変化についてフラクタル次元を用いた定量化を試みた.その結果,反応性の二流体の粘度が大きくなるにつれ振動の周期的なパターンは不明瞭になることがわかった.

好気性活性汚泥を用いた廃水処理において,活性汚泥への負荷を低減し,貧酸素領域に効率的に酸素を供給することの出来るマイクロバブル曝気装を開発した.さらに液中への酸素供給性能や有機物分解速度の評価を行った.その結果,本装置によりマイクロバブルを曝気することにより従来型曝気槽に比べて酸素溶解速度が向上することが確認された.また,最大比基質消費速度が最大となる溶存酸素濃度を見いだすことができた.

反応による局所的な粘性の変化により発生する振動現象について,時間スケールの小さい化学反応と時間スケールの大きい運動量,熱および物質移動が同時に相互作用しあう現象を適切に解析,モデル化するためのマルチスケール解析を試みた.振動発生機構の因果関係モデルにはペトリネットモデルを,発生した振動パターンが下流へ進むにつれて変化する様子の定量化には流れの可視化画像にフラクタル解析を適用し,マルチスケール解析の有用性を示した.

The oscillatory phenomenon occurring in a liquid shear flow with a diffusive exothermic reaction has been reported. This phenomenon is sensitive to change of viscosity, therefore it occurs easily near the wall because of the large shear stress. Its quantitative model is needed to predict and control the oscillation in reactors with very small scale. However, the dynamic mechanism among various factors in the oscillatory pattern formations has not been fully understood. In this study, the relationship between oscillatory patterns and parameters i.e., pipe width, viscosity, flow rate, is experimentally investigated in narrow rectangular pipe and oscillatory flow patterns are visualized using dye. Fractal dimension analysis is introduced to investigate on the complexity of the oscillatory mechanism. Moreover, fractal dimension for time series data is used to discuss on the effect of viscosity on the thermal oscillation. Oscillatory patterns changing time and space are microscopically analyzed using fractal dimension.