2003 年度実績報告書

プラズマ流体システムの融合化による多元ナノ制御

研究課題

研究課題/領域番号	15360090
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, 講師 (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 / 機能性流体 / 多元制御 / ナノ流動 / 複雑干渉 / 微粒子・液滴 / 仮想実験 / 融合化
研究概要	本研究では、機能性流体であるプラズマ流体にアルカリ金属のシード、相変化を伴うマイクロ・ナノ粒子との混相化、プラズマ流と電極や溶融界面の干渉、さらには、衝突するDCジェット同士の干渉を考慮したり、高周波誘導プラズマにDCジェットを付加したプラズマ流体システムを融合化法により構築した。得られた結果を要約すると、以下のようになる。 1.DCアシスト高周波誘導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流量比の制御や旋回流の有無、反応性ガスの注入位置によるプラズマ流の安定発生域、投入電力、反応ガス注入量およびプラズマの伸長を実験的に明らかにし、本システムの利点を示した。また、作動圧による注入した粒子軌跡やコイル部での流動構造、粒子速度や粒子温度を明らかにし、多元的な制御のための重要因子を提供した。 2.プラズマジェットと高濃度マイクロ粒子との双方向干渉によるプラズマジェットの温度場および速度場の断面構造の変化を明らかにした。また、アルカリ蒸気をシードした高周波誘導乱流プラズマ流中のマイクロ粒子の溶融、蒸発の相変化や粒径減少へのシード効果、周波数や乱流効果を数値シミュレーションにより明らかにし、マイクロ粒子プラズマプロセスの制御性能を示した。 3.衝突干渉するトリプルアークの衝突角による流れ方向および断面での熱流動構造の変化を数値シミュレーションにより明らかにし、高温域の制御性を示した。また、環境浄化用アーク灰溶融システムについて、アークと電極及び溶融界面との複雑干渉を考慮し、作動条件と溶融条件から電極の寿命、灰溶融効率と投入エネルギーとの相関を数値的に評価し、溶融プロセスの最適化の可能性を示した。

研究成果
(7件)

すべてその他

すべて文献書誌 (7件)

[文献書誌] Hideya Nishiyama: "Performance Evaluation of Arc-Electrodes Systems for High Temperature Materials Processing by Computational Simulation"Iron and Steel Institute Journal International. 43・6. 950-956 (2003)
[文献書誌] Kandasamy Ramachandran: "3D Modeling of Plasma-particle Interactions in a Plasma Jet under Dense Loading Conditions"Thin Solid Films. 435・1-2. 298-306 (2003)
[文献書誌] Kandasamy Ramachandran: "Structural Analysis of Converging Jets in a Triple Torch Plasma System"Journal of Physics D : Applied Physics. 36・10. 1198-1203 (2003)
[文献書誌] Masaya Shigeta: "Numerical Simulation of a Potassium-seeded Turbulent RF Inductively Coupled Plasma with Particles"Thin Solid Films. 435・1-2. 5-12 (2003)
[文献書誌] Koutaro Kawajiri: "Experimental Analysis of a DC-RF Hybrid Plasma Flow"Surface Coatings and Technology. 171・1-3. 134-139 (2003)
[文献書誌] Hideya Nishiyama: "Performance Evaluation of Arc Ash Melting Systems by Computational Simulation"Iron and Steel Institute Journal International. 44・2. 268-274 (2004)
[文献書誌] 小林敏雄: "数値流体力学ハンドブック(第9章, 1節プラズマ流の数値解析)"丸善. 723 (2003)

2003 年度 実績報告書

プラズマ流体システムの融合化による多元ナノ制御

研究代表者

西山 秀哉 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20156128)

研究成果

[文献書誌] Hideya Nishiyama: "Performance Evaluation of Arc-Electrodes Systems for High Temperature Materials Processing by Computational Simulation"Iron and Steel Institute Journal International. 43・6. 950-956 (2003)

[文献書誌] Kandasamy Ramachandran: "3D Modeling of Plasma-particle Interactions in a Plasma Jet under Dense Loading Conditions"Thin Solid Films. 435・1-2. 298-306 (2003)

[文献書誌] Kandasamy Ramachandran: "Structural Analysis of Converging Jets in a Triple Torch Plasma System"Journal of Physics D : Applied Physics. 36・10. 1198-1203 (2003)

[文献書誌] Masaya Shigeta: "Numerical Simulation of a Potassium-seeded Turbulent RF Inductively Coupled Plasma with Particles"Thin Solid Films. 435・1-2. 5-12 (2003)

[文献書誌] Koutaro Kawajiri: "Experimental Analysis of a DC-RF Hybrid Plasma Flow"Surface Coatings and Technology. 171・1-3. 134-139 (2003)

[文献書誌] Hideya Nishiyama: "Performance Evaluation of Arc Ash Melting Systems by Computational Simulation"Iron and Steel Institute Journal International. 44・2. 268-274 (2004)

[文献書誌] 小林 敏雄: "数値流体力学ハンドブック(第9章, 1節 プラズマ流の数値解析)"丸善. 723 (2003)

2003 年度実績報告書

西山秀哉東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20156128)

[文献書誌] 小林敏雄: "数値流体力学ハンドブック(第9章, 1節プラズマ流の数値解析)"丸善. 723 (2003)