2021 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 / 付着・凝集性微粒子 / 機械的振動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は微粉体層の振動場におけるガス流動化状態について，フローパターンの分類を画像解析から分類して流動化状態の分類指標を構築することを目的とした。前年度の高ガス流速場における凝集流動化状態では，バルクの粉体層がガス流れと振動の伝播により凝集体の集合体として流動化状態に遷移することが確認されたが，比較的低ガス流毒の条件におけるガス流れの偏流であるガスチャネルの常在化を低減できる操作条件を確立できなかった。そこで，本年度は画像解析による粉体層のフローパターンを数値化してガスチャネルの常在化の抑制に対する振動とガス流速の効果について検討した。
デジタルビデオカメラ等による挙動観察では，ガス通気量が小さい範囲ではおおむねガスチャネルが常在化する傾向となったが，振動振幅の増加と共に徐々に粉体層の流動状態がガスチャネルの常在を原因とする静的な状態から連続的にガスチャネルの破壊再生が発生する動的な状態に遷移することがわかった。このことは，画像解析による輝度値の標準偏差の時間変動性からも明らかに対応関係が確認でき，粉体層のガス通気と振動付加の併用による流動化状態の活性化の指標となり得ることを示すことができた。また，振動振幅が大きくなることで凝集体の破壊が進行する一方で，粉体層全体の振動伝播による圧密により粉体層の流動化状態の活性化は沈静化する様子が可視化による観察から得られたが，画像解析による輝度値の変動特性でも明らかに変動の程度が減少しており，層内のフローパターンの変化を定量的に表現し分類できる指標を得ることができた。さらに，高振幅/低ガス流速条件で発生する粒子対流現象では画像解析において輝度値の変動パターンからは明確に状態を整理できていないものの，解析方法を面解析からライン解析に変更することで特徴を抽出できる可能性を見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度計画の一つであった粉体層の流動様式を画像解析による定量的表現を試み，可視化結果と併せて微粉体のガス流れ・振動の併用場における流動化状態を分類することを達成できた。この結果を一般的に産業現場で取得しやすいと考えられる圧力の変動解析との整合性を検証する目途が立ったものと考えられる。粒子対流状態に関しても対流状態で発生する粒子運動特性に適合した画像解析方法を適用して状態の発生有無，粒子移動速度を含む対流状態の特性に関する情報を抽出できる可能性を取得することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の知見を活かし，画像解析の結果（輝度値の変動特性）と圧力信号の変動特性を照合して微粉体の流動様式をより定量的な分類指標を確立する。従来より粉体層の圧力変動特性を流動化状態の分類に活用しているケースは多くの知見が存在するが，微粉体の流動様式へ拡張して確立されているケースはほとんど見られない。粒子対流状態に関しても同様に微粉体の粉体層で発生する対流状態の発生条件と対流状態の特性をここまでに取得した画像解析による手法と圧力変動特性から評価する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍拡散防止のため，参加を予定していた学会がオンライン参加となり旅費予算の一部を執行できなかったために当初計画との差額が発生した。圧力信号を適切に取得するための装置の設計・最適化に時間を要したため一部の装置製作を次年度実施に変更した。
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Research Products
(3 results)
