A study on the motion of single bubbles rising between narrow parallel plates

Kazuki OBAYASHI, Ryo KURIMOTO, Hisato MINAGAWA, Takahiro YASUDA
2020 The Proceedings of Conference of Kansai Branch  
1. 緒言 膜分離活性汚泥法は分離膜を用いて活性汚泥と処理水に分 離する下水処理方法である.継続運転によってファウリング が発生し,膜の透過性能が低下する.そのため,ファウリン グの抑制が必要である. ファウリングを抑制する方法として, 曝気による気泡流で膜面を洗浄する方法が利用されている. 本研究では,平板を膜モジュールに見立て,狭平行平板間 を上昇する気泡について実験と数値計算を行った.過去の平 行平板間気泡に関する研究では,Hashida 1) らは平板間隔が 3 mm のときの気泡形状や終端速度を明らかにした.また, Veronique 2) らは 2 枚の平行平板間を上昇する気泡周囲の速度 場を計測した.しかし,平板間隔の違いによる気泡の終端速 度や形状, 周囲速度場の変化についての知見が不足している. そこで,平板間隔が 5 mm,10 mm,15 mm での流路内を上昇 する単一気泡の運動を高速度ビデオカメラで撮影した.さら に数値計算を行い,終端速度と気泡形状について比較した. 2. 実験装置・実験方法 図 1 に実験装置の概略図を示す.装置内には水道水を満た
more » ... 置下部から空気を送り半球カップに溜め,半球カッ プを回転させて気泡を送った.上昇する気泡の様子を高速度 ビデオカメラで撮影した.撮影画像を二値化し,二値化画像 から気泡径と気泡の終端速度を算出した. 平板間隔 D は 5 mm, 10 mm,15 mm に変えて実験を行った. Fig.1. Experimental set up 3. 数値計算手法 本計算では三次元デカルト座標系( x, y, z ) における VOF 法 を用いた.気泡の初期位置は計算領域の中心とした.計算領 域の大きさは気泡径を d [mm]とすると,x 方向を 5d [mm],z 方向を 9d [mm], y 方向を平板間隔と同じにした. 境界条件は, y -z 面,x -y 下面は自由流出,x -z 面は壁面とした.また, 気泡を計算領域の中心に留めるために x -y 上面から気泡上昇 速度と等しい流速の一様流を流入させた.さらに,x -z 面の 壁は気泡上昇速度と同じ速度で動くとした. 4. 結果 図 2 に平板間隔が 15 mm のときの気泡上昇速度の実験値と 計算値を比較したグラフを示す.実験値と計算値は概ね一致 した.次に,図 3 に平板間隔が 15 mm,気泡径が 20 mm のと きの気泡形状を示す.気泡形状もほとんど一致しており,界 面での振動も模擬できている. Fig.2. Comparison of VT between measured and predicted bubbles (D = 15 mm) Fig.3 Bubble shape comparison (D = 15 mm, d = 20 mm) 5. 結言 数値計算による終端速度および気泡形状が,実験から得ら れた終端速度および気泡形状と一致することを確認できた. 今後は,気泡周囲の流れ場からファウリング抑制に適した気 泡径と平板間隔を見出す. 6. 参考文献 1) Hashida, M, et al., Int.
doi:10.1299/jsmekansai.2020.95.p_031 fatcat:gvusvokhd5hnzi2jjic6w34mhq