| 研究概要 |
鉛直振動下における容器内粉体層の内部圧力変動と容器からの粒子噴出現象に対して,実験的,数値的研究を行った.側壁にオリフィスを有する円筒容器に付着性粉体を充填して鉛直振動を付加すると,粒子はオリフィスを介して外部に勢い良く噴出する.本噴出現象の発生機構の解明および付着性粉体操作技術への応用を目的として,層内部の圧力変動と噴出挙動との関連性,付加振動に対する噴出流量の変化を調べた.粉体層内部の流体圧の経時変化を測定すると同時に,圧力測定と同期させた噴出挙動の高速度ビデオ撮影を行い,それらの関連性を検証した.また粉体層と内部透過流体の連成運動に対する数値解析を行い,圧力変動機構の考察を行った.その結果,粉体層内部の流体圧は付加振動に対応して周期的に変動し,その内部圧力変動に対応して充填粒子が間欠的に噴出することが分かった.さらに圧力変動は,数値解析結果から得られた流体透過に起因する圧力変動と,付加振動との位相差や変動の大きさに関して概ね一致した.以上より,鉛直振動下の粉体の噴出現象は,容器と粉体層の相対運動により発生した間隙流体の透過流動が外部との周期的な流体運動を誘起し,その運動に充填粒子が追従した現象であることが分かった.
さらにさまざまな振動条件における噴出特性を調べた結果,本実験条件では質量流量は層内部の発生圧力に比例し,付加振動数に反比例することが分かった.これは流路に周期的な圧力差を与えた場合の気流の流量変化と同じ傾向であり,すなわち粒子は周期的な流体の流出入に追従して噴出することが明らかになった.また付加振動条件と噴出流量との関係に一定の傾向が見られたことから,鉛直振動を利用した付着性粉体の新しい供給技術への応用の可能性が確認された.
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