流れ制御による非接触懸垂型マテリアルハンドリングの基礎

• 研究課題/領域番号: 04650157
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 木田 輝彦 大阪府立大学, 工学部, 教授 (80081222)
• 研究分担者: 安富 善三郎 近畿大学, 理工学部, 助教授 (00081224) ; 中嶋 智也 大阪府立大学, 工学部, 助手 (80207787)
• 研究期間 (年度): 1992 – 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1997年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1993年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 1992年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
• キーワード: エアクッション・サクションパッド / マテリアルハンドリング / 離散渦法 / 衝突噴流 / エアクッション・サクション パッド

研究概要

本研究では、噴流のみを利用し、搬送材を非接触で懸垂できるエアクッション・サクションパッドの基本特性を明らかにすることを目的としたものである。搬送材に衝突する噴流の流れをパッド形状で自動的に制御し、クッションとサクションの両機能を作り出すにはどの様な流れを作り出せば良いのかを明らかにすることが重要である。そこで、数値解析とそれをサポートする実験を行いこの点について検討した。以下得られた結果を要約する。
1.数値解析
数値解析手法として、三次元離散渦法を用いた。計算機容量の関係からパッド形状は平板とし、パッド面上部に流出する流れは無視した。計算の空間精度を保つため、渦の伸びが大きくなると分割した。
(1)衝突噴流として環状噴流と円柱状状噴流について数値計算した。環状噴流では、搬送材との間隙が小さくなると噴流中心部に圧力室が形成され、搬送材のパッド面への接近に対する反発力を強めることが出来ることが明らかになった。噴流外部に形成される負圧部は噴流による流出渦が搬送材から巻き上げられ、パッド面に近づき、そのために循環流が生じる。この循環流が負圧を大きくする原因であることを明らかにした。
(2)さらに、噴流の動圧の減少に伴う圧力の低下(外気の圧力に対する)もあり、従って、ノズル外縁部の長さが負圧形成には重要であることを明らかにした。
2.二次元実験
数値計算では、過渡的なケースを計算しているため、搬送材表面の圧力の計算はそれほど単純ではない。そこでこの点をサポートし、また数値計算結果の定性的検討を行うことを目的として実験を行った。この結果を要約する。
(1)ノズル外縁部端では、外縁部の長さに拘らずほぼ大気圧になる。そこで数値解析でも、この仮定を用いて計算された。
(2)負圧部の形成される領域は搬送材との間隙の約5倍である。従って、ノズル外縁部の長さは5倍以上長くしても大きな効果は期待できない。
(3)衝突噴流が搬送材表面からパッド面に再付着する長さと負圧部の長さが概略対応しており、数値解析の結果を定性的に補強している。