| 研究概要 |
従来とは異なる原理で液中の微粒子を除去するために,超音波放射力を利用して,混相流(微粒子と液)の粒子を局所に集合させて除去する方法が求められている.超音波を照射して粒子を集める方法は雑誌にも載っている.しかし,そのような現象の基礎的な現象そのものが解明されているとは言えない状況である.従って,本研究の目的はこの現象の分類やメカニズムを明らかにすることである.
上部の大気開放された矩形容器に固液混合物を入れ,超音波を水平方向から照射する.使用されたのは,アルミ箔製粉末,粒子は直径の異なるアルミニウム粒子(30μmと50から150μm),直径の異なる架橋アクリル粒子(12,20,30,50μm)の6種類である.容器の側壁に設置された超音波振動子から,水平方向に周波数f=22kHzあるいは96kHz,出力N=3〜30Wの超音波を照射して,超音波定在波が水中に作られた状態でこれらの粒子挙動を調べた.この超音波の照射方向をZ方向とする.鉛直上向きの方向をY方向とする.その結果,主に次のことが得られた.
音圧分布について,
(1)Z方向には従来から知られているような正弦波状の音圧分布が得られた.(2)Y方向にも,波形の音圧分布が得られた.
粒子の集合について,
4通りのパターンが観察された.すなわち,(a)粒子塊状の集合,(b)筋状の集合,(c)点状の集合,(d)粒子集合しないパターンである.傾向として次のことが言える.キャビテーションの影響が強い場合,粒子塊として集合した.粒子径が比較的小さく,キャビテーションの影響が無視できる時,筋状の集合ができた.比較的大きな粒子でキャビテーションの影響が無視できる時,点状の集合が観察された.さらに音響流の影響が強いとき,粒子は流され集合しなかった.
粒子の集合するメカニズムを考察するために,粒子にかかる力について議論している.
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