管内流動過冷却水中の球形氷粒子挙動

Numerical calculation of behavior of a spherical ice particle (motion, melting and solidification) in flowing supercooled water inside a cooled circular tube was performed. By assuming that the single ice particle moved from its position on the upper or lower cooling surface in fully developed laminar flow, the variation of ice particle radius during the moving process could be calculated under various Reynolds numbers for water, initial ice particle radii and cooling conditions. For the particle motion in flowing water, the numerical results were in good agreement with the measurements obtained from visualization using paraffin particles (density : 926 kg/m^3). It was found that the initial ice particle radius, Reynolds number of water and the cooling wall temperature exerted pronounced effects on the ice particle radius at the tube exit ; however the inlet temperature of the flowing water had little effect on the radius at the tube exit.

本研究は、流動過冷却水溶液を利用した管内製氷法の確立を最終目標として、その基礎的段階となる水平円管内を流動する過冷却液中を浮遊する単一氷粒子の運動並びに凝固、融解挙動の解明を目的として行ったものである。まず、管内流動水中の粒子運動について解析物理モデルを提案し、その解析モデルに基づき上述したBassetらによる粒子運動方程式を利用して粒子運動の計算を行い、パラフィン粒子を使用した水平円管内の粒子運動過程中の可視化実験結果と計算結果を比較することにより、このような粒子運動が連続相となる流動状態および粒子直径により如何に影響されるかについて検討する。そして、得られた粒子運動に関する計算結果に基づき、球状氷粒子の凝固あるいは融解挙動に及ぼす管内流動水のRe数、初期球状氷粒子径、管内流動水入り口温度および管内表面温度（冷却面温度）等の影響を定量的に把握し、最終的に管出口における球状氷粒子径に影響を及ぼすこれらの諸因子の効果を数値計算式に基づき検討するものである。

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