| 研究概要 |
本研究では,液体と液体,または液体と粉体の攪拌・混合操作の高効率化をはかるため,攪拌漕内で往復運動する攪拌フィンの運動に非線形振動系により発生するカオスを有効に利用した新たなる振動型攪拌・混合装置を開発する。攪拌フィンのカオス運動により誘発される周辺流体の運動,並びに被混合物質の混合メカニズムを明らかにし,カオスという現象が物質の攪拌・混合に有効利用できることを検証する。
研究初年度にあたる本年度は,攪拌フィンの駆動部となるカオスの発生機構の検討を行い,機械式と電磁式の下記2種類の攪拌フィン駆動機構の開発を行った。
(1)飛移り型カオス混合装置(機械的駆動方式):飛移り型Duffing系でモデル化される機構を利用したカオス発生装置を製作し,基礎実験を実施した。その機構による駆動される撹拌フィンに,周期的な振動以外に不規則振動を発生させることが可能となった。不規則振動の発生条件(振動系のパラメータ)の特定を行った。
(2)磁気力型カオス混合装置(電磁的駆動方式):攪拌槽内に置かれた永久磁石の反発力により空中浮上する撹拌フィンに対して,攪拌漕外に設置された電磁石の電磁力を変動させることにより周期的な強制力を作用させ,撹拌フィンに振動を発生させる駆動機構の開発を行った。基礎実験の結果,磁気反発力の強い非線形性により,攪拌フィンには分数調波振動などの非線形振動を発生させることが可能となった。
上記の2つの振動系の復元力特性の数学モデルを作成し,理論解析モデルを完成した,また,平均法に基礎をおく非線形振動系に対する高精度近似解析手法を改良して数値解析を実施した。数値解析上では現在未確認ながら,基礎実験の結果では,極めて強い非線形性を有する上記の2つの振動系においてカオス様の不規則振動を発生させることが可能となった。
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