超微粒子金属粉末製造を目的とした新しいガスアトマイザー超音速ノズルシステムの開発

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04555045
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 松尾 一泰 九州大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (30037759)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 義智 株式会社神戸精鋼所, 鉄鋼技術研究所, 主任研究員 ; 青木 俊之 九州大学, 大学院総合理工学研究科, 助教授 (20150922) ; 益田 光治 九州大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (40038097)
• Keywords: ガスアトマイザー / 超音速ノズル / 超音速噴流 / 適正膨張 / 不足膨張 / 噴流セル構造 / 微粒化

Research Abstract

1.金属の溶湯流に複数のノズルからの超音速噴流を吹きつけて金属粉末を製造するガスアトマイジング法における流れ場を解析するため、(1)単独ノズルからの超音速噴流、(2)二つの交差する超音速噴流、(3)傾斜した平板に衝突する超音速噴流について、それぞれの流れ場を可視化して実験的に研究するとともに、(1)についてはTVD法による数値解析を行った。
2.上述の数値解析では、ノズル出口が有限の広がり角をもつ軸対称超音速ノズルからの不足膨張噴流について詳細に研究した。その結果、ノズル出口広がり角とノズル出口マッハ数が噴流のセル構造に及ぼす影響が明らかになった。また噴流内にマッハデイスクが形成される作動条件を明らかにした。
3.金属溶湯流の超音速噴流による微粒化過程を解明するため、インラインレーザーホログラフィ法による微粒子の粒径と位置測定法の方法を開発した。またこの測定法の精度を高める解析法を考察し、本方法が噴流による液滴微粒化過程に適用できることを示した。
4.金属溶湯を溶湯ノズルに近接して設置下ガスノズルから噴射された超音速アルゴンガス噴流により微粒化する実験を行った。ノズルには出口マッハ数が1と3の2種類を用い、アルゴンガスの集合洞圧力は35〜56気圧の範囲で実験した。その結果、アルゴンガスの集合洞圧力がノズルの適正膨張圧力より大きい不足膨張の場合、出口マッハ数3のノズルの方が出口マッハ数1のノズルより微粒化性能が大きいことを明らかにした。また微粒化性能は超音速噴流と溶湯の衝突点における超音速噴流のセイル構造により大きく影響されることを明らかにした。
5.以上の研究成果より、ガスアトマイジング法に用いられる超音速ノズルの出口マッハ数や出口広がり角が不足膨張超音速噴流のセル構造に及ぼす影響、超音速噴流による液滴の微粒化過程に及ぼす諸因子の影響が明らかになった。

Research Products

• [Publications] 望月博昭: "二つの交差する超音速噴流による流れ場の観察" 九州大学総合理工学研究科報告. 14. 41-47 (1992)
• [Publications] 佐藤義智: "ガスアトマイジング法でえられた金属粉末の粒子径に及ぼす超音速噴流の影響" 神戸精鋼技報. 42. 3-6 (1992)
• [Publications] 望月博昭: "傾斜した平板に衝突する超音速噴流" 九州大学総合理工学研究科報告. 14. 391-396 (1993)
• [Publications] 矢野栄宣: "インラインホログラフィ法による微粒子の粒径・位置測定法の検討" 可視化情報. 13. 135-138 (1993)
• [Publications] 益田光治: "超音速自由噴流のTVD法による数値解析" 九州大学総合理工学研究科報告. 15. 291-297 (1993)
• [Publications] M.Masuda: "TVD Numerical Analysis on the Shape of Supersonic Freejets" Proc. of 3red Asian Symp. on Visualization. 647-650 (1994)