| 研究課題/領域番号 |
17206016
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
西山 秀哉 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20156128)
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| 研究分担者 |
早瀬 敏幸 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30135313)
佐藤 岳彦 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (10302225)
徳増 崇 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (10312662)
高奈 秀匡 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (40375118)
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| キーワード | プラズマ / 機能性流体 / マルチスケール / ナノ粒子 / 複雑干渉 / 界面 / 仮想実験 / 融合化 |
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| 研究概要 |
本研究では、機能性流体である「プラズマ流動システム」について、プラズマ流体とマクロスケールの壁面や界面およびナノ・マイクロスケール粒子やラジカル活性種との時空間ナノからマクロスケールまでの「マルチスケール干渉」に特化した「マルチスケール制御法」や「計算と実験との統合手法」に特化した「マルチスケール統合解法」により、プラズマ流動システム解析を行った。得られた結果を要約すると、以下のようになる。
1.内燃機関の希薄燃焼促進及び燃費改善を目的として、低消費電力で多量のオゾンを発生させる誘電体バリア放電による小型の高活性化空気ジェット発生システムを開発し、2件の特許出願をした。特に燃焼促進や漂白、滅菌に効果のあるオゾンが70W程度の消費電力でも1500ppm以上発生し、オゾン濃度が印加パルス電圧や印加周波数に対しほぼ直線的に増加し、オゾン生成量の制御性能が良好であることを基礎実験で示した。19種の化学種と電子衝突や熱解離を考慮した89の反応流動場解析により、放電開始後3.0μsまでは、電界集中が生じる電極突起で化学種が生成され、5.0μs以上では、電極間に多量のオゾンや酸素ラジカルが生成された。また、オゾンやNO_2の寿命が長く、酸素ラジカルやNOの寿命が短いことを明らかにした。
2.コールドスプレーの歯科治療や欠陥部補修等の先進応用を目指し、キャビティーを有する基板へのコールドスプレーに対して、微粒子流動モデル皮膜形成モデルの統合モデルに基づく数値実験を行い、キャビティーを有する基板に衝突する超音速流中の微粒子の飛行特性や加速特性及び粒子と衝撃波との複雑干渉を解明した。さらに、キャビティー形状が皮膜形成に与える影響及び付着効果を計算と実験の両面から明らかにすることにより、高性能コールドスプレーの先進応用のための基礎資料を提供した。
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