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研究テーマ
IT・IoT・AI・ロボティクスエネルギー・環境ものづくり・製造技術
学科の分類
工学部環境工学科

OpenFOAMを用いた混相流解析

工学部

環境工学科

知能設計工学研究室

松本政秀 教授

共同研究者

倉前宏行
渡邊信久

PCB（ポリ塩化ビフェニル）分解処理反応器内壁における腐食減肉発生メカニズムを解明するための初期検討として，異種二流体が化学反応を伴わずに混合する過程の熱流体解析を実施している．解析ツールとして，OpenFOAMの混相流解析ソルバー群より，非等温で圧縮性が考慮できる二相／二流体の非定常解析ソルバーtwoPhaseEulerFoam を用いた．腐食性を仮定した高密度流体が反応器隔壁の数mmの隙間から鉛直下方へ流れ落ち，減肉の生じた底部内壁へ到達することが確認できた．

1. 反応器の構造と二流体の物性値

PCB分解反応器底部の構造をFig.1に示す．減肉が生じている底部への腐食性流体の流下を抑制するため，水平方向に隔壁が設けられている．解析では水を想定した流体Aと，腐食性を有すると想定した流体Bの混合流れを取り扱う．物性値はFig.2に示すように温度依存性を考慮している．流体Bの密度は流体Aの1.5倍とした．

2. 流下した腐食性流体の体積分率分布

流体Bは隔壁の上部に設置された流入口から投入される．投入後は密度差によって鉛直下方へ流下する．投入開始後30s時点の隔壁上面および底部内壁面における流体Bの体積分率をFig.3およびFig.4に示す．隔壁が設置されているにもかかわらず，隔壁下側への流体Bの流下が確認できる．

4. 隔壁ー筐体壁面間からの流下

反応器対称面での観察により，隔壁周縁部と反応器本体間の隙間の一部，および中央部の液体酸素供給口と隔壁の隙間（いずれも幅5mm程度）を通って流体Bが流下していることが確認できる．

5. まとめ

化学反応を伴わないことを仮定したPCB分解処理反応器内の多流体・非等温・非定常の熱流体解析を実施した．本解析手法を用いて，腐食減肉の生じにくい反応器構造の設計や温度条件設定が可能となるよう，さらに検討を進めている．

論文

「OpenFOAMを用いたPCB水熱反応器内の熱流動解析 」(2019)倉前宏行『オープンCAEシンポジウム2019講演会梗概集』

「二流体の混合を考慮したPCB 処理用水熱反応器内の 熱流動解析」(2020)松本政秀『第25回計算工学講演会論文集』

研究者INFO: 工学部 環境工学科 知能設計工学研究室 松本政秀 教授

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