溶融ポリマー射出成形時のメルトフロント域における非定常熱流動メカニズム

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650200
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 三松 順治 岐阜大学, 工学部, 助教授 (20202351)
• Keywords: 溶融ポリマー / メルトフロント / 射出成形 / 非定常熱流動 / 伝熱メカニズム / 非ニュートン流動 / 速度場可視化 / 3次元画像解析

Research Abstract

平成13年度は,平成12年度の研究に引き続き,模擬射出成形実験装置を用いて,主として,PP(透明高分子材料)を溶融させて,約260℃の溶融状態温度で,円管および異形流路中(縮小管路,棒挿入)を流動させ,流動先端部(気液界面の3次元挙動に注目)の熱流動現象の実験的解明を行った.流動場の非定常測定では,高速度カラーCCDビデオによる気液界面形状の連続画像を領域分割した画像解析(含:非定常形状係数の相互相関解析)により,メルトフロント領域の3次元的境界形状・移動を検出すると同時に,メルトフロント領域内の非定常流動を明らかにするため,新しく購入した高輝度プロジェクタを用いて,流路断面にカラー色彩分布を定常的・非定常的に作成し,カラーCCDカメラ(光学系で拡大結像)で撮影し,画像処理ボードを介してコンピュータにカラー分離(RGB値:色系分離)入力し,粒子断面位置変化および流れ方向位置変化を3次元的に検出する事を試みた.更に,壁面近傍域で多層構造的と考えられる溶融ポリマー流の非定常流動について,多層流動による簡単なモデル化を含めた数値シミュレーションを並列的に行い,メルトフロント領域における熱伝達メカニズムの現象解明を,実験的・理論的に試みた.
その結果,流動する溶融ポリマー流体による気液界面上の変動移動の方向性・類似性およびメルトフロント領域における気液界面内の3次元非定常流動現象を,実験的に明らかにできた.溶融ポリマー流では,流路中心部分で,流れの噴出しに対応した界面形状変動の移動および壁面近傍域での壁面から流路中心部に向かう壁面極近傍のスリップに由来する変動の移動を実験的に検出できた。また,単一径での実験(2種類:11.2mm,8.0mm),縮小管での実験(11.2mm=>8.0mm),棒挿入した管路の3次元流動及び壁面境界条件を人工的に変化させた実験の結果を比較検討する事で,メルトフロント域での熱流動現象の総合的把握を行った.更に,簡単な多層モデル流動の数値シミュレーションを開発しながら,本非定常現象の実機での状況・工学的応用についても考察を行った.

Research Products

• [Publications] 水上大介, 山本雄介, 三松順治, 井上晃: "溶融高分子ポリマー流のメルトフロント領域における熱流動現象(壁面境界条件の影響)"第37回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.2. 513-514 (2000)
• [Publications] 三松順治, 鈴木寿英, 井上晃: "カラー積層シート光を用いた3次元速度成分の画像計測法の開発"第37回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.3. 791-792 (2000)
• [Publications] 三松順治, 鈴木寿英, 平野智之, 井上晃: "カラー積層シート光を用いた3次元速度ベクトルの検出"第38回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.3. 715-716 (2001)
• [Publications] 三松順治, 山本雄介, 野間弘将, 井上晃: "溶融高分子ポリマー流メルトフロント域の非定常流動現象(流路形状の影響)"第12回プラスチック成形加工学会年次大会講演論文集. Vol.1. 259-260 (2001)
• [Publications] 鈴木寿英, 三松順治, 檜和田宗彦: "カラー照明域の固体微粒子の空間移動検出による3次元速度計測"日本機械学会 東海支部第51期総会・講演会 講演論文集. Vol.1. 153-154 (2002)
• [Publications] 三松順治, 山本雄介, 竹原良, 檜和田宗彦: "溶融高分子ポリマー流のメルトフロント気液界面の3次元非定常挙動"第13回プラスチック成形加工学会年次大会講演論文集. (発表予定). (2002)