| 研究課題/領域番号 |
13450068
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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 |
ラマチャンドラン カンダサミ (K Ramachandran) 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (30344724)
佐藤 岳彦 東北大学, 流体科学研究所, 講師 (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) |
2001 – 2002
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| 研究課題ステータス |
完了 (2002年度)
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| 配分額 *注記 |
15,300千円 (直接経費: 15,300千円)
2002年度: 4,400千円 (直接経費: 4,400千円)
2001年度: 10,900千円 (直接経費: 10,900千円)
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| キーワード | プラズマ流体 / 多元制御 / 機能性流体 / 複雑干渉 / 仮想実験 / 微粒子・液滴 / 超機能化 / 最適化 / 不安定 / 微粒子 / システム化 / 荷電粒子 |
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| 研究概要 |
本研究では、機能性流体であるプラズマ流にラジカル活性気体やアルカリ金属蒸気との混合化および外部磁場印加による電磁流体効果を付与することにより超機能化を図り、プラズマ流に微粒子や光・温度センサーを組み込んだ多元制御システムを構築した。得られた結果を要約すると、以下のようになる。
1.プラズマジェットに関して、制御量を放射光、プラズマパラメータ、熱流力学特性、操作量を放電電流および外部磁場とした知的多元制御システムを構築した。これにより、流入流量が周期的及びステップ状に変動した場合に、放射光の定値制御と放射光を用いてプラズマジェットの軸位置や幅の外部磁場による動態制御性能を実験的に明らかにした。
2.高周波誘導プラズマにカリウム蒸気をシードした場合の数理モデリングを行い、プラズマの高温域の形状や位置の周波数制御により、注入した種々の金属微粒子の溶融および蒸発促進、また、シード率、周波数による超機能化粒子プロセスの制御性能を数値シミュレーションにより明らかにした。
3.金属やセラミック微粒子の注入から皮膜形成までのプラズマ溶射システム、アーク-電極システム、また、アーク灰溶融システムのプロセス効率や寿命評価のためにプラズマと微粒子、電極、溶融界面との複雑干渉や相変化等を考慮したプラズマ流体システムモデルを構築した。スーパーコンピュータを用いた仮想実験によりプロセス効率や寿命への重要制御因子を明らかにし、プラズマプロセスの最適化を可能とした。
4.プラズマジェットにキャリアガスや高濃度の微粒子や液滴を注入した場合に、二相間の複雑強干渉、溶融・蒸発の相変化や物性値変化、圧縮性効果や複雑流路形状、三次元効果を考慮した数理モデリングと数値シミュレーションによりプラズマ流の熱流動場や微粒子特性への高周波電磁場、注入粒子負荷、粒子材質の影響を明らかにした。
5.DC-RFハイブリッドプラズマシステムを構築し、シースガスおよびキャリアガスの流量比制御によるプラズマの伸長と温度の半径方向分布の一様化、さらには、PIVによりコイル部の渦流動構造を実験的に明らかにした。
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