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2007 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

Research Project

Project/Area Number 17206016
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

西山 秀哉  Tohoku University, 流体科学研究所, 教授 (20156128)

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, 准教授 (10302225)
徳増 崇  東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (10312662)
高奈 秀匡  東北大学, 流体科学研究所, 助教 (40375118)
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
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スケールの壁面や界面およびナノ・マイクロスケール粒子やラジカル活性種との時空間ナノからマクロスケールまでの「マルチスケール干渉」に特化した「マルチスケール制御法」や「計算と実験との統合手法」に特化した「マルチスケール統合解法」により、プラズマ流動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.内燃機関の希薄燃焼促進及び燃費改善を目的として、低消費電力で多量のオゾンを発生させる誘電体バリア放電による小型の高活性化空気ジェット発生システムを開発し、2件の特許出願をした。特に燃焼促進や漂白、滅菌に効果のあるオゾンが70W程度の消費電力でも1500ppm以上発生し、オゾン濃度が印加パルス電圧や印加周波数に対しほぼ直線的に増加し、オゾン生成量の制御性能が良好であることを基礎実験で示した。19種の化学種と電子衝突や熱解離を考慮した89の反応流動場解析により、放電開始後3.0μsまでは、電界集中が生じる電極突起で化学種が生成され、5.0μs以上では、電極間に多量のオゾンや酸素ラジカルが生成された。また、オゾンやNO_2の寿命が長く、酸素ラジカルやNOの寿命が短いことを明らかにした。
2.コールドスプレーの歯科治療や欠陥部補修等の先進応用を目指し、キャビティーを有する基板へのコールドスプレーに対して、微粒子流動モデル皮膜形成モデルの統合モデルに基づく数値実験を行い、キャビティーを有する基板に衝突する超音速流中の微粒子の飛行特性や加速特性及び粒子と衝撃波との複雑干渉を解明した。さらに、キャビティー形状が皮膜形成に与える影響及び付着効果を計算と実験の両面から明らかにすることにより、高性能コールドスプレーの先進応用のための基礎資料を提供した。

  • Research Products

    (13 results)

All 2008 2007 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (3 results) Book (1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Optimization of Cold Gas Dynamic Spray Processes by Computational Simulation2008

    • Author(s)
      Hidemasa Takana
    • Journal Title

      Journal of Fluids Engineering, Transactions of ASME 130(印刷中)

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characteristics of Ozone Jet Generated by Dielectric Barrier Discharge2008

    • Author(s)
      Hideya Nishiyama
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Plasma Science 36(印刷中)

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Computational Simulation of Cold Spray Process Assisted by Electrostatic Force2008

    • Author(s)
      Hidemasa Takana
    • Journal Title

      Powder Technology (印刷中)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Numerical Investigation of Supersonic Hybrid Argon-Water Stabilized Arc for Biomass Gasification2008

    • Author(s)
      Jiri Jenista
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Plasma Science 36(印刷中)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Real-Time Numerical Analysis on Insulation Capability Improvement of Compact Gas Circuit Breaker2007

    • Author(s)
      Hidemasa Takana
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Power Delivery 22

      Pages: 1541-1546

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 静電加速による微粒子マイクロジェットの高性能化2007

    • Author(s)
      高奈 秀匡
    • Journal Title

      混相流研究の進展 2

      Pages: 85-90

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Evaluation of In-flight Particle Process Using a Small Power DC-RF Hybrid Plasma Flow System2007

    • Author(s)
      Hideya Nishiyama
    • Organizer
      18th International Symposium on Plasma Chemistry
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      2007-08-30
  • [Presentation] Analysis of Air Radical Flow Generated by Pulsed Discharge for Combustion Assist2007

    • Author(s)
      Hidemasa Takana
    • Organizer
      18th International Symposium on Plasma Chemistry
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      2007-08-28
    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [Presentation] Electrostatic Assist on a Cold Spray Process by Computational Simulation2007

    • Author(s)
      Hidemasa Takana
    • Organizer
      International Thermal Spray Conference and Exposition(ITSC 2007)
    • Place of Presentation
      北京国際会議場
    • Year and Date
      2007-05-15
  • [Book] The 21st Century COE Program, International COE of Flow Dynamics, Lecture Series Vo1. 12, Nano-Mega Scale Flow Dynamics in Complex Systems

    • Author(s)
      Hideya Nishiyama
    • Total Pages
      2008
    • Publisher
      Tohoku University Press
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.ifs.tohoku.ac.jp/nishiyama-lab/japanese.html

  • [Patent(Industrial Property Rights)] エンジン2008

    • Inventor(s)
      堤崎高司, 石川友美, 岡部仁, 西山秀哉, 片桐一成, 高奈秀匡, 仲野是克, 中嶋智樹
    • Industrial Property Rights Holder
      本田技研工業(株)東北大学
    • Industrial Property Number
      特願2008-13363
    • Filing Date
      2008-01-24
    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [Patent(Industrial Property Rights)] プラズマ発生装置およびプラズマ発生方法2007

    • Inventor(s)
      西山秀哉, 佐藤岳彦, 片桐一成, 高奈秀匡, 中嶋智樹, 仲野是克
    • Industrial Property Rights Holder
      東北大学
    • Industrial Property Number
      特願2007-218424
    • Filing Date
      2007-08-24

URL: 

Published: 2010-02-04   Modified: 2016-04-21  

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