2014 Fiscal Year Annual Research Report
正逆交互回転運動を利用した撹拌装置の動力・流動特性
| Project/Area Number |
25820381
|
|---|
| Research Institution | Kobe University |
|---|
Principal Investigator |
菰田 悦之 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00397796)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
|
| Keywords | トルク変動 / 位相差 / PIV / CFD / 渦流れ / 層流 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本課題においては，まず正弦的な撹拌翼の動きを実現できれる実験装置を作製し，静止型トルクメーターを用いて軸トルクを測定し，周期平均撹拌所要動力および動力線図を算出した．そして，一般的な撹拌翼と同様に低レイノルズ数領域で動力数はレイノルズ数に対して反比例し，高レイノルズ数領域で動力数が一定となることがわかった．また，高レイノルズ数では定回転二枚パドル翼よりも優れたエネルギー伝達効率を示し，本撹拌方法の優位性を示した．さらに，翼位置と軸トルクの位相差についても調査し，動力数がレイノルズ数に対して反比例する領域ではレイノルズ数の増加とともに位相差は増大し，動力数が一定となる高レイノルズ数領域ではそれ以上増大しなくなった．これより，動力数のレイノルズ数依存性から流動領域を3つに分類した．
次に，前述の各レイノルズ数領域において撹拌槽水平断面における2次元速度場計測を行った．いずれのレイノルズ数領域においても翼反転時に翼端付近に渦流れを生じるが，低レイノルズ数領域ではこの渦は翼と共に移動したが，高レイノルズ数領域ではこの渦は翼端から乖離して次の翼反転時に残存した．また，動力数が一定となる高レイノルズ数域では乖離した渦と新たに発生する逆回転の渦が共存することで半径方向の流体移動が強化され，これが優れた撹拌性能の原因であることがわかった．これらの結果は数値計算によっても概ね良好に再現できたが，渦の乖離が始まると鉛直方向の流動が無視できなくなり槽全体に三次元流動が生じることがわかった．
動力数一定条件は一般的に乱流を指すが，本撹拌操作では速度摂動が極めて小さい層流であった．これは層流下でも発達した渦が乖離したことに起因しており，流体に対してエネルギーが効率的に伝達されるため効率的な流体混合が期待できる．また，翼端に生じる渦の挙動により分類した３つの流動特性は動力特性による分類と良好に一致した．
|
