| 研究課題/領域番号 |
20K15079
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
山本 卓也 東北大学, 工学研究科, 助教 (10804172)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | Ultrasonic processing / Numerical simulation / Mass transfer / ソノケミストリー / 超音波 / 数値解析 / 音響キャビテーション / スケールアップ / マルチフェーズシミュレーション / 超音波処理 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
液体中へ超音波を照射すると、キャビテーションが発生し、キャビテーション気泡の非線形振動、圧縮、崩壊が発生し、ラジカル種の生成、液体ジェットの発生等の現象が発生し、超音波による反応が発生するが、超音波はキャビテーション気泡によって減衰、散乱するため、スケールアップが難しい。本研究では、ミクロスケールのキャビテーション気泡振動とマクロスケールの音波の伝搬や音響流を同時に制御することで、スケールアップ指針を確立する。
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| 研究成果の概要 |
超音波を液体中に照射した際の超音波処理プロセスのスケールアップ指針を構築するため、本研究では、ミクロスケールでのキャビテーション気泡の振動、マクロスケールでの音響流と超音波伝播までを統合的に解析することができる数値解析モデルを開発した。この開発した数値シミュレーションモデルを利用したところ、外部流を与えることで乱流拡散が増大し、それに伴い反応槽全体での反応速度が向上することを見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
超音波処理はナノ粒子合成やエマルジョン化、表面洗浄や有機物分解等の様々な応用が期待されているが、小さい領域でのみしか反応を進行させられないことが問題であった。本研究によって、スケールアップ、反応槽全体での処理効率向上のための指針と方法を開発することに成功した。これにより、超音波処理の様々な応用範囲での活用が期待される。。
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