2005 Fiscal Year Annual Research Report
プラズマ流動システムのマルチスケール統合化による最適制御
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17206016
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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) |
早瀬 敏幸 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30135313)
佐藤 岳彦 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (10302225)
徳増 崇 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (10312662)
高奈 秀匡 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (40375118)
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| Keywords | プラズマ / 機能性流体 / マルチスケール / ナノ粒子 / 複雑干渉 / 界面 / 仮想実験 / 融合化 |
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| Research Abstract |
本研究では、機能性流体である「プラズマ流動システム」について、プラズマ流体とマクロ壁面、界面およびナノスケールの粒子やラジカル等の活性種との時空間マクロからナノレベルまでの「マルチスケール干渉」に特化した「マルチスケール統合解法」や「計算と実験との融合化手法」により、システム解析を行った。得られた結果を要約すると、以下のようになる。
1.アーク溶融プロセス効率向上に関する基礎資料の提供を目的として、複雑干渉を伴うアーク溶融システムの仮想実験を行った。システム解析において、アーク流と電極、溶融池各々のマルチスケール複雑干渉および陽極内の固液共存相を考慮した新たなシステム数値モデルを提案した。ついで、陽極内の硫黄濃度、放電電流、電極間距離、陰極先端角度を変化させた場合のアーク溶融システム内の熱流動場をリアルタイム仮想実験により明らかにした。
2.SF_6ガスを用いた小型ガス遮断器の実器を対象として、ノズル部を含む排気筒全体の複雑形状を模擬し、さらに、実験により得られた実器の入口条件を境界条件とした現実融合モデルを構築した。ついで、2次元過渡応答数値計算を行うことにより、大電流遮断時における排気筒内排ガス流の短時間冷却プロセスを実時間仮想実験した。また、排気筒表面にマイクロ粗さ処理を施した遮断器内の複雑熱流動場を明らかにし、過渡冷却性能向上のための粗さ処理効果を解析的に検証することにより、現在産業界で強く要望されている遮断器の小型化、高性能化に貢献した。
3.マクロスケールの高周波誘導プラズマ流とナノスケール粒子との干渉を凝縮および核生成を考慮した「マルチスケール干渉モデル」を提案し、数値シミュレーションによりDCジェットの付加や印加周波数による熱流動場、金属ナノ粒子径分布、金属蒸発量、粒子回収位置を明らかにし、既存実験値とも比較して定性的に一致した。
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