| 研究課題/領域番号 |
11450069
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
西山 秀哉 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20156128)
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| 研究分担者 |
佐藤 岳彦 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (10302225)
早瀬 敏幸 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30135313)
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| 研究期間 (年度) |
1999 – 2000
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| 研究課題ステータス |
完了 (2000年度)
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| 配分額 *注記 |
14,200千円 (直接経費: 14,200千円)
2000年度: 6,500千円 (直接経費: 6,500千円)
1999年度: 7,700千円 (直接経費: 7,700千円)
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| キーワード | プラズマ流体 / 電磁場制御 / 微粒子 / 混合化 / 複雑干渉系 / システム化 / 荷電粒子 / 知能化 / 複雑干渉 |
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| 研究概要 |
本研究では、高融点金属微粒子を分散させた微粒子プラズマ流や反応性気体を混合させた反応性プラズマ流のプラズマ流体システムに関して、プラズマと微粒子、あるいは、プラズマと反応性気体との複雑干渉系の知的な電磁場制御を目的として理論および実験的研究を行った。得られた結果を要約すると、以下のようになる。
1.管内、あるいは、複雑形状流路に噴射する金属微粒子を含む超音速プラズマジェットに関して、プラズマ流-電磁場-微粒子の複雑干渉系に対して精緻な数値モデルを用いた基礎式を構築した。ついで、数値シミュレーションによりプラズマの熱流動場および粒子特性への高周波電磁場の有無、粒子材質、粒径、注入速度、注入位置、ノズル角の影響を明らかにした。
2.(1)を発展させて、金属微粒子注入から皮膜形成までの仮想的なプラズマ溶射プロセスの最適化を数値シミュレーションで検討した。これにより、溶射プロセスの重要制御因子や成膜安定形成条件等の知見が得られ、統合数値モデルの実用性および汎用性の高い可能性を示した。
3.非平衡高周波誘導プラズマ流に反応性気体を混合した場合、ガスの種類、注入位置や注入流量による温度場、濃度場、光場およびプラズマ面積の変化を実験的に明らかにした。さらには、多成分モデルを用いた。数値シミュレーションにより、注入位置や注入流量による熱流動場と数密度場の変化も明らかにした。同様に、磁気ダクト内の非平衡混合プラズマジェットに関して、二温度モデルを用いた数値シミュレーションにより熱流動特性とプラズマパラメータを明らかにした。
4.プラズマ溶射装置において、基板衝突直前の粒子速度や粒子温度をセンシングし、放電条件やガス流量、粒子径や粒子導入条件を制御するプラズマ流体システムの概念を提唱した。現有の磁場制御式高機能プラズマジェット装置にプラズマ放射光をセンシングして放電電流、あるいは、磁場で制御可能なフィールドバックシステムを構築した。放電電流による制御は、応答性が良く制御量が大きく、磁場制御は高精度で、減衰特性が良好であることが実験により明らかにされた。
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