| 研究課題/領域番号 |
20K04346
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| 研究機関 | 新潟大学 |
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研究代表者 |
山縣 貴幸 新潟大学, 自然科学系, 助教 (50554284)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 歳差回転運動 / 混合・攪拌 / POD / 可視化計測 |
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| 研究実績の概要 |
攪拌翼なしで容器の歳差回転運動のみで混合する遊星式攪拌では、歳差率を変えた場合に容器内に生じる旋回流強度と混合性能が必ずしも対応しない場合がある。そこで、容器内流れ場の慣性振動と混合性能との関係を明らかにし、遊星式攪拌の混合性能の向上を目的として、容器内流れ場と流体混合の数値解析を行った。数値解析では、遊星式攪拌の自転・公転回転速度比（歳差率）、容器の角度、アスペクト比をパラメータとして、遠心力およびコリオリ力を考慮した二相流解析により攪拌容器内の流れ場を再現した。得られた流れ場を元に、容器内に配置した多数の粒子追跡により混合性能を評価した。解析結果によると実験と同レイノルズ数においては、液面高さの混合性能への影響は小さく、比較的に高い歳差率で混合が促進することが分かった。また、容器角度が小さいほうが遠心力による液面の変形や歳差回転による回転軸の歪みの影響を受けやすく、混合性能が増加する結果となった。流れ場の慣性振動の特徴抽出を行うため、解析データに対してProper Orthogonal Decomposition（POD, 固有直行分解）を行った。PODモードへの歳差率の影響を評価したところ、混合性能が高い条件の流れ場では、PODモードの総エネルギが大きくなり、主要な2モードで全エネルギの70%程度に達することが分かった。数値解析の検証のためミー散乱法を用いた混合性能の可視化実験装置を製作し、可視化実験により混合過程の観察や混合性能の定量評価が可能であることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初は、数値解析については歳差率、レイノルズ数、容器角度、液面高さなどの主要パラメータでの流れ場および混合の解析を行い、得られた3次元速度場データに対してPODおよびDMD（Dynamic mode decomposition, 動的モード分解）解析を行う予定であった。各種パラメータを変更した流れ場および混合の数値解析が予想よりも時間を要したため、DMD解析による容器内の慣性振動の特徴抽出は今後の課題となっている。一方、予定していた検証実験のための装置製作は完了し、可視化計測による混合性能の定量評価が可能であることを確認した。
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| 今後の研究の推進方策 |
数値解析によって得られた3次元速度場データに対してDMD解析を行い、流れ場の主要モードの特徴的な構造を明らかにするともに、各種パラメータの影響について調査する。また、遊星式攪拌の混合性能に関する実験を行い、数値解析結果の妥当性の検証を行う。
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