2023 Fiscal Year Annual Research Report
High-speed video image analyses on actions of sand particles in a water jet obliquely impinging against a solid surface
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21H01443
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
竹原 幸生 近畿大学, 理工学部, 教授 (50216933)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江藤 剛治 大阪大学, 大学院工学研究科, 招へい教授 (20088412)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水力発電 / 混相流 / 噴流 / 粒子 / ジェット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微細砂粒子による水力発電機器の壁面損傷の素過程を研究するための技術開発を行った．最も基本的な課題の一つは「微細砂粒子の壁面への接触限界を明らかにすること」である．
接触を妨げる要因は少なくとも２つある．１つは水分子の双極子効果である．自然界の10μm程度の固体粒子の多くは水中で表面が帯電する．帯電した固体粒子の周りは正負の方向がそろった多層の水分子で覆われる．このため粒子間に電気的反発力が働いて長時間水中に浮遊する．このような粒子の水路壁面への接触確率は高くないと予想される．
もう一つの要因は潤滑効果である．球形粒子が平板に接触する直前には水は接触点から放射方向に排出される．接近時には水平方向速度，および同一水平速度に対する粘性抵抗がともに粒子と平板の間の水層厚に逆比例する．従って粘性抵抗は（１／水層厚）の２乗に従って大きくなる．従って理論的には接触までの時間は無限大になる．その間に流水により粒子に水平方向の力が加われば粒子は水底に接触することなく流され，層流境界層から離脱する．従って，微細鉱物粒子の固体壁面への接触阻害効果としての潤滑効果の解明に焦点を絞ることにした．
水中の平板とそれに近付く球体を対象として以下の３つのアプローチで研究を進めた：(1)数値計算，(2)粘性を上げた水とそれよりやや比重が大きい大きな球を用いて可視化を容易にした水理実験，(3)球が底面に接触する直前の薄層における水運動の可視化技術の開発．
最大の成果は第３の技術開発である．これにより，これまでの照明技術では困難であった底面や水面に平行な薄層の照明が可能になった．例えば，1,000nmと1, 400nmの光で水槽を底面または表面から照明すると，深さ約10mm，及び1mm以上離れた層では光が吸収されて真っ暗に映る．従って，可視化対象の層厚を任意に選んでトレーサー粒子の運動を明瞭に可視化できる．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Recent developments in MHz radioscopy: Towards the ultimate temporal resolution using storage ring-based light sources2024
Author(s)
Rack A., Sekiguchi H., Uesugi K., Yasuda N., Takano Y., Okinaka T., Iguchi A., Milliere L., Luki B., Olbinado M.P., Etoh T.G.
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Journal Title
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
Volume: 1058
Pages: 168812～168812
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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