| 研究課題/領域番号 |
17H01355
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| 研究機関 | 東京海洋大学 |
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研究代表者 |
谷 和夫 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (50313466)
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| 研究分担者 |
岡安 章夫 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (20213994)
池谷 毅 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (20416746)
稲津 大祐 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (30462170)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 海洋資源 / 資源開発工学 / 揚鉱 / 鉱石 |
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| 研究実績の概要 |
テーマ(1) ポンプ圧送性と鉱石保持性を調べる手法の開発
平成29年度に作製した小型揚鉱模型実験装置（模型試作品）について，揚鉱現象を観察する１メートルの区間において鉱石モデルの挙動を計測するためのRFID（Radio Frequency IDentifyer）システムの開発に成功した。そして，この実験装置を利用して密度と粒度が異なる球形の鉱石モデルの揚鉱実験を行い，密度が2.7Mg/m3で粒径が25ミリメートルの鉱石モデルの揚鉱に0.035m/sの流速でも成功し，提案する揚鉱システムの実現可能性を確認した。計測された結果は，テーマ(3)数値シミュレータの妥当性の検証に利用する。
テーマ(2) 揚鉱に好適なキャリア物質の開発
鉱石モデルを管状の容器に満たしたキャリア物質中で沈降及び引上げる実験に用いる装置を製作した。球形の鉱石モデルの密度と粒度を変化させ，揚鉱実験と同じRFID（Radio Frequency IDentifyer）システムを利用して挙動を観測して，さまざまなキャリア物質（粘性流体と粒状物質の組合せ）について鉱石保持性能を検討できる。計測された結果は，テーマ(3)数値シミュレータの妥当性の検証に利用する。
テーマ(3) 移送メカニズムの解明と数値シミュレータの開発
格子方の１つであるExplicit-Moving Particle Simulation（E-MPS）を数値解析手法として選択した。この手法の適用が最も困難な静的な条件下（管状の容器内の静水）でも計算が実行できるように様々なスキームを取り込んだ。そして，キャリア物質を一様流体と仮定して粘性特性を非ニュートン流体によるモデル化することについて検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成29年度に開発が停滞していたRFID（Radio Frequency IDentifyer）システムによる鉱石モデルの観測方法の開発に成功して，揚鉱実験ならびに沈降実験及び引上げ実験が実施できる状態になった。
揚鉱実験を行うことによって，キャリア物質が粘性流体のみの場合に比較して一定以上の配合で粒状物質を含んだ場合には揚鉱性能が格段に向上することが明らかになった。
一方，テーマ(3)数値シミュレータの妥当性の検証では，まだ数値解析の手法の確立にとどまっており，揚鉱に関する数値実験を行う段階には進んでいない。
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| 今後の研究の推進方策 |
揚鉱実験を引き続き実施すると共に，揚鉱のメカニズムを明らかにするための沈降実験及び引上げ実験も行う。
やや遅れ気味のテーマ(3)数値シミュレータの妥当性の検証については，さまざまな条件を想定した数値実験を行い，キャリア物質が鉱石を移送するメカニズムを解明する。鉱石の形状と粒度についてマンガン団塊型(球形・狭い粒度)と海底熱水鉱床・マンガンクラスト型(角形・広い粒度)の２ケースについて，さまざまな設定条件について定常流動，始動・停止時の非定常流動の状況あるいは閉塞の条件について検討する。設定条件としてライザー管の内径や壁面の粗度，管路の形状，キャリア物質の種類や配合，流量(流速)などの影響について調べる。
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