| 研究概要 |
本研究では,励振用圧電素子を噴霧ノズルヘソドの基体中に埋め込んだ振動子構造を設計・作製し,数十kHz付近にて振動させることで,衝突焦点先端部で薄く引き延ばされた液体が微小液滴化することを促す方式をとった.
圧電素子としてφ25のPZTを用い,これをφ25ステンレス合金でサンドイッチ構造にボルト締めして,円筒状にすることでランジュバン振動子とした.この振動子の前面に噴霧ノズルの中心部となるφ3円筒と,さらにこの先端部である円錐形状に接続している.このノズル先端部と振動子の間は円弧型ホーン形状とすることで,振動速度変成比を増幅できる構造とした.想定固有振動数は25kHとした.超音波振動を励起する発振器は,固有振動数自動追尾型の自励式発振器(20W)を圧電素子に接続することで,超音波振動を発生させた.
前述の超音波振動ノズル専用の外周流体路を設計・製作し“噴霧ノズル"とした.噴霧ノズルとしての設計指針は,高速高圧気体の流れが先端円錐部表面(液体路)に平行であり,高速高圧気体とこれによって加速される液体の衝突焦点が先端円錐部頂点に位置するように設計されている.
超音波振動の測定評価は,超音波振動ノズル先端部の縦振動をレーザドップラ振動計にて評価した.その結果,20Wの投入で,最大変位速度1720mm/s.最大片振幅11μmが得られた.波形は安定した正弦波形状であった.
次に前述の超音波振動ノズルを用いて実際に噴霧を行い,超音波振動の有無が液滴微粒化に及ぼす影響を評価した,噴霧液滴の粒度分布評価には,レーザ散乱粒度計測法によるその場観察法を用いた.その結果,投入電力20Wにおいて,1)粒径分布幅が若干先鋭化する傾向があること,2)粒径分布のうち大粒径領域では顕著な微粒化が見られること(D90の微粒化率が19%),3)ザウター平均粒径としての微粒化率は7%であること,が判明した.
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