プラズマ流体システムの複雑干渉系の知的な電磁場制御

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450069
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 西山 秀哉 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20156128)
• 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)
• 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

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。

研究成果

• [文献書誌] H.Nishiyama: "Numerical Simulation of Mixing Effect on a Non-equilibrium Plasma Jet in an Applied Magnetic Field"JSME Int.J.,Ser.B. 43-2. 314-322 (2000)
• [文献書誌] 佐藤岳彦: "電磁場下の管内微粒子プラズマ流の数値シミュレーション"日本機械学会論文集(B編). 66-645. 1295-1302 (2000)
• [文献書誌] H.Nishiyama: "Mixing Effect on a RF Induction Nonequilibrium Plasma"Heat and Mass Transfer. 36-5. 433-437 (2000)
• [文献書誌] Y.Nisugi: "Aerodynamic Drag Reduction by Feedback Control of Flow Field"Proc.of 6th Triennal Int.Symp.on Fluid Control Measurement and Visualization. 1-6 (2000)
• [文献書誌] 西山秀哉: "非平衡プラズマジェットの制御システムの特性"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. IV. 293-294 (2000)
• [文献書誌] 佐藤岳彦: "プラズマ溶射プロセスの最適化数値シミュレーション"日本溶射協会第72回全国講演大会講演論文集. 27-28 (2000)
• [文献書誌] 西山秀哉(分担): "機能性流体・知能流体,第4章,プラズマ流体"コロナ社. 45 (2000)