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本研究では、撹拌槽内の流動パターンが時間的に変化する現象に着目し、これを工学的に応用して混合・反応の精密制御法の確立を目指すものである。まず、撹拌槽内の循環二次渦流れに着目した。撹拌槽内の二次渦流れのモデルとして、円柱型および、円錐型テイラー渦流をとりあげた。これらテイラー渦流の混合特性を調べた結果、渦外縁部の軸方向の物質移動は、渦周辺部に存在するバイパス流れにより極めて迅速であり、渦内部と渦外周部間の物質交換がほとんどないこと、レイノルズ数を制御することによりバイパス流れ領域の大きさを制御できることが分かった。さらに、トレーサー粒子を注入する実験において、微粒子が分級される現象が観察された。粒子径が50〜80μmの大きい粒子は渦の外側に存在し、粒子径が20〜50μmの小さい粒子は渦の中心部に主に存在することがわかった。この粒子径の違いによる粒子存在位置の違いとバイパス流れの効果を組み合わせることにより、新しい微粒子分級方法及び装置についても据案した。一般の撹拌槽内の流動において、槽底から撹拌翼の距離Cと撹拌槽径Tの比C/T>0.143のとき、二つの循環渦流パターンとなり、C/T<0.143のとき、大きな一つの循環渦流パターンとなることがわかった。C/Tが0.143付近において、層流領域では、乱流領域で観察されるような、二つの循環流パターンが交互に出現する現象は現れなかったが、流れ場に適度な摂動を加えることで、流動パターンを変化させることを将来的に試みる予定である。反応制御の観点からは、酢酸ビニルの連続乳化重合実験を行い、反応と流動・混合による粒子凝集ダイナミックスのカップリングにより、高分子微粒子径の自励振動現象が起こることがわかり、この自励振動現象を表現する反応と凝集の効果を考慮した確率モデルを構築した。
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