大深度・大口径ジェットカッティングボアホールにおける繰り粉の排出に関する基礎的研究

1987 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62550458
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 益山 忠 東北大学, 工学部, 助教授 (30005459)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 弘 東北大学, 工学部, 助手 (90188045) ; 野田 佳六 東北大学, 工学部, 教授 (60005288)
• Keywords: ウォータージェット / 管内衝突噴流 / 繰り粉排出 / 固液混合体 / 二重円管内流

Research Abstract

1.研究目的:高速ウォータジェットによる岩盤の掘削が試みられている. この掘削速度は, 主にウォータジェットの流速によって定まるが, 大深度大口径の場合にはボアホールからの繰り粉の排出能力が掘削速度に影響を与える. 一方, ジェットカッティングに関する研究においては掘削性能に関心が寄せられており, 繰り粉の排出過程についてはあまり研究がなされていないのが現状である. それゆえ, 本研究は, ボアホール底における噴流の流動状態および繰り粉の挙動ならびに同心二重円管内の繰り粉の挙動を明らかにし, ジェットカッティングにおける繰り粉排出に資することを目的としたものである.
2.研究計画:(1)ジェットカッティング時のボアホール底部における流体の挙動は, 管内衝突噴流に相当するゆえ, 基礎研究として同心状にノズルを設置した場合の管内噴流の流動状態を実験的に明らかにする. (2)ボアホール上昇中の繰り粉の流動状態を垂直同心二重円管内固液二相流の流動状態ととらえ, この流れにおける粒子の挙動を検討する.
3.研究成果:(1)軸対称管内噴流の総圧分布を測定した結果, 二次元が制限された場合の無次元総圧すなわち(Pt-Pt min)/(Pt max-Pt min)は無次元距離y/ybの関数であり, かつ, 無次元総圧分布は相似であることがわかった. さらに(Pt max-Pt min)ならびに半径幅ybの値は, ノズル出口における運動量によって定まりノズル径の影響を受けないことが分かった. (2)管内衝突噴流の軸上圧力分布を測定した結果, 溶解空気が遊離する場合としない場合とでは, 異なった圧力分布になることが分かった. また, 衝突高さがノズル径の8および16倍の場合には, ノズル径の4倍程度までは無次元圧力分布は相似であることが分かった. (3)固液混合体の同心二重円管内流れの粒子速度を運動方程式より検討したところ, 粒子速度は, 抗力係数, 混合体の速度, 管径比, 比重などの影響を受けることが分かった.

Research Products

• [Publications] 益山 忠: 日本鉱業会誌.