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2004 年度 研究成果報告書概要

非線形テーラー渦カオス混合を利用した血液浄化装置とフォトバイオリアクターの可能性

研究課題

研究課題/領域番号 15560127
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関室蘭工業大学

研究代表者

河合 秀樹  室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (20292071)

研究期間 (年度) 2003 – 2004
キーワードTaylor渦 / 固液分離 / カオス / 固液混合 / 微生物 / レーザードップラ流速計 / 超音波ドップラ流速計
研究概要

・固液混合相内の流動状態の把握
アスペクト比(Γ)0.5〜1.0においては,上下境界端近傍に存在する境界層(Ekman境界層)の影響を受けて,多様な渦モードが発生した.特にΓ=0.6では二個の渦対がお互いに自励振動をする領域があること,自励振動域を過ぎて更に回転数(Reynolds数)が増加すると,二個の渦は互いに振動することを止め,半径方向に安定した渦対(Twin渦)を形成し,一旦安定するが,すぐに全く異なる振動モードが現れること,などが分かった.Γ=3の濾過実験ではナイロン粒子(平均粒子径約77μm,比重1.2)を使用した.これより,内円筒の回転速度(Reynolds数)が増加するにしたがって槽内の濃度が,あまり低下することなく(圧損を高めることなく),濾過が進むことが分かった.回転速度が0の場合(Re=0),約7分で,槽内の粒子はほとんどが濾過フィルターに付着してしまい,テストセクションの濃度が透明に近くなることから,回転による効果は大きい.
・微生物の培養と流れの計測
血球細胞を直接扱うことは安全上困難なため,血球細胞と類似した植物系光合成微生物(クロレラ)を使用し,Taylor渦による培養への流体力学的な効果を調べた.Γ=1とし,回転数は150rpmと250rpmの二種類,内円筒と外円管の半径差は25mmとした.両者とも照射光量や培養条件は同じで,培養時間は10日間である.これより150rpmではすでに3日目から微生物の沈殿凝集が顕著に現れるのに対して250rpmでは沈殿凝集物はほとんど発生しなかった.両者とも細胞の破壊は殆ど無く,活性度の高い状態を維持して増殖したが,増殖率は低速において,沈殿凝集した方が高い値を示した.これらの結果を総合すると,微生物は光と流れの存在によって急激に増殖するが,基本的にせん断流れの少ない場所を選択する,この意味で今後固定化技術はかなり重要になると考えられた.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2005 2004 2003

すべて 雑誌論文 (13件)

  • [雑誌論文] Simulation of the 3 dimensional solid particle movements in a blast furnace model2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kawai, T.Fujita, H.Takahashi
    • 雑誌名

      6^<th> World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, Thermodynamics (On submitted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Cultivation of the Photosynthesis Microorganism in the Taylor Vortex Flow with a Small Aspect Ratio2005

    • 著者名/発表者名
      S.Sumita, H.Kawai, H.Takahashi
    • 雑誌名

      6^<th> World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, Thermodynamics (On submitted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] The UVP Measurement of the Modulated Taylor Vortex Flow with A Small Aspect Ratio2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kawai, H.Kikura, M.Aritomi, H.Takahashi
    • 雑誌名

      4^<th> World Congress on Industrial Process Tomography (On submitted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Simulation of the 3 dimensional solid particle movements in a blast furnace model Particle-liquid Separation2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kawai, T.Fujita, H.Takahashi
    • 雑誌名

      Proceedings of 6^<th> World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, and Thermodynamics (On submitted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Cultivation of the Photosynthesis Microorganism in the Taylor Vortex Flow with a Small Aspect Ratio2005

    • 著者名/発表者名
      S.Sumita, H.Kawai, H.Takahashi
    • 雑誌名

      Proceedings of 6^<th> World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, and Thermodynamics (On submitted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] The UVP Measurement of the Modulated Taylor Vortex Flow with A Small Aspect Ratio2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kawai, H.Kikura, M.Aritomi, H.Takahashi
    • 雑誌名

      Proceedings of 4^<th> World Congress on Industrial Process Tomography (On submitted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Rotating Filtration with Taylor Couette Vortex Flow for Particle-liquid Separation2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kawai, H.Takahashi, A.Suzuki
    • 雑誌名

      Proceeding of 3^<rd> International Symposium on Two-Phase Flow Modeling and Experimentation

      ページ: PDS2

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] UVP Measurement of Taylor-Couette Vortex Flow with Small Aspect Ratio2004

    • 著者名/発表者名
      D.Itoh, H.Kikura, H.Kawai, M.Aritomi, H.Takahashi
    • 雑誌名

      Proceeding of 4th ISUD for Fluid Mechanics and Fluid Engineering

      ページ: 149

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Rotating Filtration with Taylor-Couette Vortex Flow for Particle-liquid Separation2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kawai, H.Takahashi, A.Suzuki
    • 雑誌名

      Proceeding of 3^<rd> International Symposium on Two-Phase Flow Modeling and Experimentation PDS2

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] UVP Measurement of Taylor-Collette Vortex Flow with Small Aspect Ratio2004

    • 著者名/発表者名
      D.Itoh, H.Kikura, H.Kawai, M.Aritomi, H.Takahashi
    • 雑誌名

      Proceeding of 4th ISUD for Fluid Mechanics and Fluid Engineering

      ページ: 149

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Visualization of Taylor-Couette Vortex with a short annulus2003

    • 著者名/発表者名
      Kawai, H., Takahashi, H.
    • 雑誌名

      Journal of Visualization Vol.6, No.4

      ページ: 323

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Flow Visualization of Taylor Vortex with a Small Aspect ratio2003

    • 著者名/発表者名
      H.Kawai, K.Shibata, H.Takahashi
    • 雑誌名

      Proceedings of 7th Asian Symposium on Visualization conf24a138

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Visualization of Taylor-Couette Vortex with a short annulus2003

    • 著者名/発表者名
      Kawai H, Takahashi, H.
    • 雑誌名

      Journal of Visualization Vol.6, No.4

      ページ: 323

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より

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公開日: 2006-07-11  

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