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サイクロン内流れ場の詳細検討
分級性能の良いサイクロンの設計を行うには，サイクロン内の流れを熟慮した適切な設計が必要となる。ここでは、サイクロン内部の流れを数値シミュレーションの手法で解析し、その流れによる粒子の動きを推定して、分離・分離性能の指針を調べ、実験によりそれを検証した。また、数値シミュレーションの結果の検証を目的に、PIV解析を用いた計測を行った。
サイクロン入口で粒子の投入位置を変えられる入口部を製作し、円筒部内の流れの変化やサイクロン内の出口管近傍の流れに着目し、OpenFOAMによる流体解析を行った。サイクロン内筒付近下降流の流動状態や出口管外周の下降流や出口管入口部の流れの状態から集塵及び分級性能向上に起因する流れの特徴を検討した。また出口管の長さ及び入口部形状が分離・分級性能に与える影響について、分離・分離性能を行い、設計に有用な知見を得るための調査を行った。
粒子をサイクロンの最外側に寄せるために入口形状を変えたサイクロンは、流体解析の結果から出口管近傍で上昇流の範囲が広がる影響で分離・分級性能が低下すること、また分級領域の長さを変えたサイクロンは、出口管を短くして分級領域を広げると、分離・分級性能は向上するが、短くしすぎると出口管を横切る流れが出現し、また上昇流の領域も大きく蛇行することで分離・分級性能が急激に低下することなどがわがり、サイクロンの設計に重要な指針を得ることができた。
また、数値シミュレーションの結果の検証を目的に、PIV解析を用いた計測を行った。サイクロン出口管付近の流れ場を可視化するために、サイクロン実験装置で可視化を行ったが、サイクロンへの流入速度が速いため、正確な画像を得ることができなかった。現在鮮明な画像を得るためのウォータージャケットを作成し、また可視化可能な流入速度についての検討を行っている。
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