特殊な出口形状を有する超音波ノズルを用いた粉末冶金用超微細金属粒子製造法の開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08555048
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 益田 光治 九州大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (40038097)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩本 勝治 東芝, 重電技術研究所, 主査(研究職) ; 矢野 栄宣 九州大学, 大学院総合理工学研究科, 助手 (20117279) ; 青木 俊之 九州大学, 大学院総合理工学研究科, 助教授 (20150922)
• Keywords: 粉末冶金 / ガスアトマイジング / レーザー計測法 / ホログラフィ / TVD解析

Research Abstract

粉末冶金用原料金属粉末の製造法の一つであるアトマイジング法では、得られる金属粉末の平均粒径が数10ミクロンから数100ミクロン程度でかなり大きく、粒径の微細化がこれからの重要な技術開発の課題となっている。しかし噴流による微粒化の機構が全く分かっていないため、微粒化プラントの建設は試行錯誤法によっているのが現状で、その設計方針の確立が切実な問題になっている。本研究は、超音速ノズルからから得られる噴流による液体の微粒化過程を実験的に解明し、超微粒子金属粉末を製造するための新しいガスアトマイザー超音速ノズルシステムを開発することを目的とする。本研究において、現在までに得られた結果を以下に述べる。
(1) 昨年度までに完成させた紫外レーザーホログラフィ計測システムを超音速オリフィスから得られる自由噴流に適用し、オリフィス前後の圧力比を始め、水滴落下位置の差による微粒化状況の変化の状態を明らかにした。さらにオリフィス出口端に突起を設けた特殊出口形状を有するオリフィスを作成し、これから得られた超音速自由噴流による微粒化状況を観測した。その結果、突起により若干微粒子の直径が減少することが分かったが、その減少程度は3%程度でしかないことが分かった。しかし、オリフィス出口に直径50ミクロンのワイヤを張った実験では、粒径が10-20%も減少する結果が得られ、オリフィス出口形状を工夫することにより、粒径の小さい微粒子が製造可能であることが示された。
(2) これらの実験結果を踏まえ、噴流の数値解析では複雑な形状を有する噴流の計算を行うため、境界適合格子を用いた曲線座標による計算方法を開発し、微粒化に最も寄与する噴流境界部分の計算精度をあげるとともに、オリフィスの出口形状の特殊性に対応するため、三次元コードによる解析方法を開発した。

Research Products

• [Publications] Norimatus,Y.: "Flow Visualization of Supersonic Jet from Sootblower Nzzles" Proc.Int.Conf.on Optical Tech.and Image Processing in Fluid,Thermal,and Combustion Flow. AB049. (1998)
• [Publications] Taro Handa: "Fine structure on shock oscillation in supersonic nozzle" Proc.4th KSME-JSME Fluids Engi.Conf.445-448 (1998)
• [Publications] Hiroshi Katanoda: "Pitot impact pressure of supersonic free jets for sootblower nozzles" Proc.4th KSME-JSME Fluids Engi.Conf.97-100 (1998)
• [Publications] Masashi KASHITANI: "Numercal and Experimental Investigations of spersonic Jets from Sootblower Nozzle" JSME International Journal Series B. 41・2. 375-380 (1998)