| 研究概要 |
不活性ガスの超音速流れを用いて固体粉末を加速し,対象物に吹き付けて様々な機能をもつコーティングを行う動的溶射用が近年注目を集めている.動的溶射に用いられる超音速ノズルはスロート直径1〜2mm,出口直径3〜8mm,超音速部長さ100〜200mmである.過去にこのような微小内径の細長い超音速ノズルの研究はほとんど見当たらない.また,動的溶射ではノズルは衝撃波を伴う複雑な過膨張状態で作動するが,このような研究は過去に例がない.そこで,本研究では動的溶射用超音速ノズルの流動特性と最適作動条件の解明を行うことを目的としている.
本研究の初年度である平成19年度は,ノズルの気体力学的特性を明らかにする実験に取り組んだ.実験パラメータは1)ノズル形状(スロート直径)2)ガス種:N_2,He,3)貯気圧:0.2〜1MPaとした.主ガスにはN_2,Heを用い,混合ガスには窒素を用いた.貯気室,噴射室の圧力計測を行った結果,以下のことが明らかとなった.
1)主ガスの質量流量に対して混合ガスの質量流量を大きくするほど,混合室の圧力は増加する.この傾向は混合室ノズルのスロート直径が小さいほど顕著である.
2)主ガスの質量流量に対して混合ガスの質量流量を大きくするほど,貯気室出口のマッハ数は減少し,噴射室出口のマッハ数は増加する.混合室ノズルのスロート直径が小さいほど2つのマッハ数は小さい.
3)混合室の圧力は,一次元理論解析により定量的に予測可能である.
以上の知見は,平成20年度に動的溶射ノズルの最適作動条件を決定する上で極めて重要である.
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