エアーリフトポンプの揚水能力を向上させたい

この間、エアーリフトポンプを使ったろ過装置を自作したわけですが、エアーリフトポンプの単位時間あたりの揚水量を増やす方法についてあれこれ考えてみました。

揚水管の本数を増やす。

揚水管の本数を増やすことは、エアーポンプの能力が一定だとすると、１本あたりのエアーの量を減らすことになるので、本数の増加とエアー量の減少のどちらがより影響を与えるかの確認が必要です。
ちなみに、１本と２本では、２本の方が揚水能力は上でした。

気泡の上昇スピードを上げる。

より強力なエアーポンプに交換する手は、単純で非常に有効だと思います。
エアーの吹出口を絞るとエアーの噴出スピード、ひいては気泡の初速を上げられる可能性があります。と同時に、単位時間あたりのエアー量が減少することでもあります。

揚水のロスを減らす。

パイプの中を上っていく気泡は、気泡の径がパイプ径より大きいとき、自分の上にある水を脇に押しのけて上ることができず、自分の上にある水ごと上っていくことになります。
そのとき、気泡の上にある水は、気泡の周囲とパイプの内壁の間を通って少しづつ気泡の下に逃げていきます。これが揚水のロスとなっているのではないでしょうか。
したがって、

• パイプの径が小さいほど円周が短く（水の逃げ道が少なく）なって、気泡の上にある水は長く保たれる。
• 気泡が大きく（縦に長く）なると、気泡とパイプの内壁の接触面積が広くなって水は逃げにくくなる。

と予想しています。このとき、

• 径を小さくすると、気泡の上昇速度の低下が起きないか。
• 気泡を大きくすると、効率が下がる（水の割合が減る）のではないか。

ということが懸念されます。
エアーと水のベストな比率ってどれくらいなんでしょうね。もっとも、コントロールする方法も思いつきませんが……。

エアーを分岐させない

エアーを分岐させるとエアーのロスが生じるので、一つの吹出口で複数の揚水管にエアーを送る構造にするといいのではないかと考えています。ただし、現状の案は初速が下がってしまうと予想しています。

内径21ミリのアクリル管に外径10ミリの軟質塩ビ管が3本入ります。
写真は吹出口での使用を想定してスカートを履かせています。
揚水管の中途でこれに切り替えるという案もあります。

管径をテーパー状にする

先細りの管を使うといいのではないかという気がしています。
強い根拠はありません。勘です。



いつか実験したいなぁ……。