2020 Fiscal Year Research-status Report
機械的振動の導入による微粉体の流動化・対流混合状態の制御と工学的応用
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20K05196
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
馬渡 佳秀 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (70380722)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 流動層 / 振動 / 微粒子 / 凝集体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，微粉体層の振動付加による凝集体・ガスチャネルの破壊と粒子対流状態の各挙動の対応関係を定量化し，結果をもとにバルクハンドリング操作への適用性を検証する．本年度は実施計画（ガスチャネルの破壊挙動と粒子対流状態の定量化の検討）に従い、主にガス流速と振動の併用による凝集体の形成状態を高速度カメラを活用して観察・測定し以下の知見を得た．実験は振動モーター加振型の振動装置を使用し，振動周波数，振動振幅の他加振方向について鉛直振動およびツイスト振動について実施した．使用粉体は平均粒子径が6μmの金属粒子を用いた．
・当初目的で掲げたの振動・気流併用場におけるフローパターンマップを作成した．ガス流速が低い範囲では粉体層内にクラック，ガスチャネルの常在化が認められたが，ガス流速の増加により層全体が凝集体で構成され凝集流動化状態に流動化状態が遷移することがわかった．
・凝集体のサイズは振動振幅，ガス流速の増加により減少するが，振動振幅の影響の方が凝集体サイズの減少に対してより効果的であることが示された．また，凝集体サイズは粉体層の軸方向に対して分布を有するような凝集流動化状態となることが示された．
・加振条件（鉛直振動およびツイスト振動）の比較では，ツイスト振動を付加した場合の方が粒子対流現象の誘起が容易であったが，凝集体サイズの破壊・小粒子化への効果は今回の実験操作範囲内では加振方向の影響は小さいことがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
振動場における付着凝集性微粒子の流動化状態が，ガス流速の大きさによりチャネル破壊挙動から凝集流動化状態へ遷移することを定量的に把握できた点で計画年度の目標を部分的に達成しているものと考える．加振によるガスチャネルの破壊挙動と凝集流動化への遷移機構と粒子対流現象との関係については次年度に計画・実施する．当初計画に掲げた粉体層の圧力変動の解析に関しては，適切な測定・評価手法の準備・開発に取り組む．
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| Strategy for Future Research Activity |
振動と気流の併用操作による微粉体の流動化状態は，ガス流速の大きさによりチャネル破壊挙動から凝集流動化挙動へと支配的な流動様式が遷移することを明らかにできた．凝集体サイズに及ぼす操作因子の影響をある程度明らかにできたが，ガスチャネルの破壊・再生挙動および粒子対流現象が流動化状態の遷移にどのように関与しているのかについて今後明らかにする必要がある．ガスチャネルの破壊・再生挙動は加振強度，ガス流速の大きさにより，現象の発生範囲および頻度が変化していることを高速度カメラによる観察から定性的に把握しているが，今後は粉体層内のガス流れおよび空隙の変動を表す圧力損失の変動特性と併せて総合的な流動化状態の評価を進めて本研究を推進する．
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| Causes of Carryover |
導入を予定していた圧力測定系の要求仕様が研究の進捗により変更が必要となったため，適切な測定系を構築するために導入を次年度へ見送ったこと，参加を予定していた学会・討論会の開催がコロナウィルス蔓延防止のため開催中止となったこと，により物品費および旅費に次年度使用額が生じた．
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