2002 Fiscal Year Annual Research Report
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13450068
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| Research Institution | TOHOKU UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
西山 秀哉 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20156128)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
K Ramachandran 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (30344724)
佐藤 岳彦 東北大学, 流体科学研究所, 講師 (10302225)
早瀬 敏幸 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30135313)
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| Keywords | プラズマ流体 / 多元制御 / 機能性流体 / 複雑干渉 / 仮想実験 / 微粒子・液滴 / 超機能化 / 最適化 |
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| Research Abstract |
本研究では、機能性流体であるプラズマ流にラジカル活性気体やアルカリ金属蒸気との混合化および外部磁場印加による電磁流体効果を付与することにより超機能化を図り、プラズマ流に微粒子や光・温度センサーを組み込んだ多元制御システムを構築した。得られた結果を要約すると、以下のようになる。
1.プラズマジェットに関して、制御量を放射光、プラズマパラメータ、熱流力学特性、操作量を放電電流および外部磁場とした多元制御システムを構築した。これにより、流入流量が変動した場合に放射光を用いてプラズマジェットの軸位置や幅の外部磁場による動態定値制御性能を実験的に明らかにした。
2.高周波誘導プラズマにカリウム蒸気をシードした場合、高温域の形状や位置の周波数制御により、注入した種々の金属微粒子の溶融および蒸発促進、また、シード率、周波数による超機能化粒子プロセスの制御性能を数値シミュレーションにより明らかにした。
3.金属やセラミック微粒子の注入から皮膜形成までのプラズマ溶射システム、アークー電極システム、また、アーク灰溶融システムのプロセス効率や寿命評価のためにプラズマと微粒子、電極、溶融界面との複雑干渉を考慮したプラズマ流体システムモデルを構築した。スーパーコンピュータを用いた仮想実験により、プロセス効率や寿命への重要制御因子を示し、プラズマプロセスの最適化を可能とした。
4.DC-RFハイブリッドプラズマシステムを構築し、シースガスおよびキャリアガスの流量比制御によるプラズマの伸長と温度の半径方向分布の一様化、さらには、PIVによりコイル部の渦流動構造を実験的に明らかにした。
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[Publications] H.Nihsiyama: "Performance of a Thermal Nonequilibrium Plasma Jet Control System"Plasma Devices and Operations. 10・3. 157-168 (2002)
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[Publications] H.Nihsiyama: "Numerical Simulation of a RF Inductively Coupled Plasma for Functional Enhancement by Seeding Voparized Alkali Metal"The Eutopean Physical Journal, Applied Physics. 18・2. 125-133 (2002)
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[Publications] T.Sato: "Optimization for Plasma Spraying Processes by Numerical Simulation"Thin Solid Films. 407・1-2. 54-59 (2002)
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[Publications] K.Ramachandran: "Three-dimensional Effects of Carrier Gas and Particle Injections on Thermo-fluid Fields of Plasma Jets"J. Physics D : Applied Physics. 35・4. 307-317 (2002)
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[Publications] P.Kotalik: "An Effect of Magnetic Field on Plasma Flow"IEEE Transactions on Plasma Science. 30・1. 160-161 (2002)
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[Publications] K.Ramachandran: "3D Modeling of Evaporation of Water Injected into a Plasma Jet"International Journal of Heat and Mass Transfer. 46・9. 1653-1663 (2003)
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[Publications] 小林 敏雄: "数値流体力学ハンドブック(プラズマ流の数値解析)"丸善(印刷中). (2003)
