熱流動制御による球殻の大量生成法の研究

• 研究課題/領域番号: 04452138
• 研究種目: 一般研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 橋本 弘之 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10006174)
• 研究分担者: 川野 聡恭 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (00250837) ; 佐藤 六郎 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (90006180) ; 渡部 英夫 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (10006190) ; 庵原 昭夫 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (20091655)
• 研究期間 (年度): 1992 – 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 6,400千円 (直接経費: 6,400千円); 1993年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 1992年度: 4,500千円 (直接経費: 4,500千円)
• キーワード: 中空液滴 / 固体球殻 / 界面流動 / 複合流体 / 流体の機能性 / 混相流 / 数値流体力学 / 熱伝達

研究概要

申請者らの独自の発明に基づく気-液-液系中空液滴生成装置を用い,連続生成される中空液滴を急冷凝固させることによる固体球殻の大量生成法の研究を行った.気-液-液系装置は,円筒容器内に互いに混和しない2種類の液体を満たし,容器底部中央に設置したノズルから気体を垂直上方に噴出し,2種類の液体の水平液液界面からその内部に気体を含む中空液滴を連続的に生成する装置であり,生成後加速上昇運動する中空液滴を周囲流体の温度制御によってその上昇運動中に凝固させるものである.本研究によって,固体球殻生成装置内の熱対流場の最適制御方法,低抗係数などの中空液滴の基本的流動機構,熱物質伝達特性,変形挙動および界面振動特性などが明らかになった.これらは申請者らの独自に開発した数値解析アルゴリズムによるスーパーコンピュータを用いた解析によってなされ,特に,従来不明であった,比較的早い流動場での中空液滴の流動特性ならびに熱物質伝達特性をはじめて明らかにすることができた.さらに,解析結果の妥当性の検討は具体的に供試液体を広範囲に変えた実験によって行われた.これらの結果,装置の最適な熱流動制御方法が明らかになるとともに,実際の解析結果に基づいたデータによって装置を改良した結果,固体球殻の生成頻度を毎秒20個程度まで高めることができた.従来はせいぜい10個未満であったので,これは著しい装置性能の向上であると思われる.なお,上記の研究成果は本報告書の研究発表覧に記述したとおり,国内外の専門学会で公表され,高い評価を得ている.

研究成果

• [文献書誌] Hiroyuki HASHIMOTO,Satoyuki KAWANO: "Mass Transfer around a Moving Encapsulated Liquid Drop" Int.J.Multiphase Flow. Vol.19. 213-228 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 川野聡恭,橋本弘之: "偏心した球状中空液滴の定常運動" 日本機械学会論文集(B編). 59. 1465-1471 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Satoyuki KAWANO,Hiroyuki HASHIMOTO: "Flow Patterns around a Spherically Eccentric Encapsulated Liquid Drop at Low and Intermediate Reynolds Numbers" Proc.5th Int.Symp.Comput.Fluid Dyn.,Sendai,Japan. 33-38 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Satoyuki KAWANO,Hiroyuki HASHIMOTO,Takahiro AZIMA: "A Study on Compound Jet Instability and Formation of Encapsulated Liquid Drop in Liquid-Liquid-Gas Systems" Proc.Int.Symp.Aerosp.Fluid Sci.,Sendai,Japan. 371-378 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 川野聡恭,橋本弘之,須山俊昭: "鉛直円筒容器内における不混和二液層の熱流動場(気-液-液系球殻生成装置への応用)" 日本機械学会論文集(B級). 59. 85-92 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Satoyuki KAWANO,Hiroyuki HASHIMOTO,Toshiaki SUYAMA: "Buoyancy-driven Accelerated Motion of an Encapsulated Liquid Drop" JSME.Int.Journal,Series B,. 37. 30-37 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hiroyuki HASHIMOTO, Satoyuki KAWANO: "Mass Transfer around a Moving Encapsulated Liquid Drop" Int. J.Multiphase Flow. Vol. 19. pp.213-228 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Satoyuki KAWANO, Hiroyuki HASHIMOTO: "Steady Motion of a Spherically Eccentric Encapsulated Liquid Drop" Trans. JSME., Ser. B (in Japanese). Vol. 59. pp.1465-1471 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Satoyuki KAWANO, Hiroyuki HASHIMOTO: "Flow Patterns around a Spherically Eccentric Encapsulated Liquid Drop at Low and Intermediate Reynolds Numbers" Proc. 5th Int. Symp. Comput. Fluid. Dyn., Sendai, Japan. Vol.2. pp.33-38 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Satoyuki KAWANO, Hiroyuki HASHIMOTO, Takahiro AZIMA: "A Study on Compound Jet Instability and Formation of Encapsulated Liquid Drop in Liquid-Liquid-Gas Systems" Proc. Int. Symp. Aerosp. Fluid Sci., Sendai, Japan. pp.371-378 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Satoyuki KAWANO, Hiroyuki HASHIMOTO, Toshiaki SUYAMA: "Thermal and Fluid Flow of Immiscribe Two-Layr Liquids in Vertical Cylindrical Container" Trans. JSME., Ser. B (in Japanese). Vol.59. pp.85-92 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Satoyuki KAWANO, Hiroyuki HASHIMOTO, Toshiaki SUYAMA: "Buoyancy-driven Accelerated Motion of an Encapsulated Liquid Drop" JSME.Int. Journal, Series B. Vol.37. pp.30-37 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hiroyuki HASHIMOTO,Satoyuki KAWANO: "Mass Transfer around a Moving Encapsulated Liquid Drop" Int.J.Multiphase Flow. Vol.19. 213-228 (1993)
• [文献書誌] 川野聡恭,橋本弘之: "偏心した球状中空液滴の定常運動" 日本機械学会論文集(B編). 59. 1465-1471 (1993)
• [文献書誌] Satoyuki KAWANO,Hiroyuki HASHIMOTO: "Flow Patterns around a Spherically Eccentric Encapsulated Liquid Drop at Low and Intermediate Reynolds Numbers" Proc.5th Int.Symp.Comput.Fluid Dyn.,Sendai,Japan. Vol.2. 33-38 (1993)
• [文献書誌] Satoyuki KAWANO,Hiroyuki HASHIMOTO,Takahiro AZIMA: "A Study on Compound Jet Instability and Formation of Encapsulated Liquid Drop in Liquid-Liquid-Gas Systems" Proc.Int.Symp.Aerosp.Fluid Sci.,Sendai,Kapan. 371-378 (1993)
• [文献書誌] 川野聡恭,橋本弘之,須山俊昭: "鉛直円筒容器内における不混和二液層の熱流動場(気-液-液系球殻生成装置への応用)" 日本機械学会論文集(B編). 59. 85-92 (1994)
• [文献書誌] Satoyuki KAWANO,Hiroyuki HASHIMOTO,Toshiaki SUYAMA: "Buoyancy-driven Accelerated Motion of an Encapsulated Liquid Drop" JSME.Int.Journal,Series B. 37. 30-37 (1994)
• [文献書誌] 須山 俊昭,川野 聡恭,橋本 弘之: "気ー液ー液系固体球殻生成装置内の流動解析(熱流動場の数値解析)" 日本機械学会,第70期全国大会講演会講演論文集. Vol.C. 52-54 (1992)
• [文献書誌] 川野 聡恭,橋本 弘之: "気ー液ー液系熱流動制御による固体球殻の連続生成" 計測自動制御学会,第7回流体制御シンポジウム. 13-18 (1992)
• [文献書誌] Hiroyuki HASHIMOTO Satoyuki KAWANO: "Flow Patterns around a Moving Encapsulated Liqued Drop" Computational Fluid Dynamics Journal. Vol.1. 215-223 (1992)