| 研究課題/領域番号 |
21H03646
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 岡山理科大学 |
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研究代表者 |
押谷 潤 岡山理科大学, 工学部, 教授 (70314656)
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| 研究分担者 |
原田 周作 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80315168)
辻 拓也 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (90379123)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 流動層内での物体浮沈 / アルキメデスの原理 / 無線式センサシステム / 数値シミュレーション |
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| 研究実績の概要 |
流動化させる粉体として粒子径の異なるガラスビーズを用い、流動層の風速と層高を変化させて様々な密度の球の浮沈実験を行った。いずれの粒子径においても層高が低く風速が小さい場合において浮力と重力を基本とするアルキメデスの原理に基づくような浮沈挙動が確認され、粉体の質量／(流動層の断面積×高さ)で求まる流動層の見掛け密度よりも小さな密度の球が浮揚し、大きな球が沈降した。一方、層高が高く風速が大きい場合は密度差から沈降すると予想された球が沈降せず層内を漂うという興味深い結果が得られ、流動層内での物体浮沈が条件によってはアルキメデスの原理に基づかないことが明らかとなった。そこで、流動層内の球に対して浮力と重力以外に働く力の存在を検討するために、無線式センサシステムを構築した。磁気センサと加速度センサおよびそれらの信号を無線発信する機器を内蔵した球を作成して実験を行った結果、アルキメデスの原理に基づく浮力よりも大きな鉛直上向きの力が定常的ではないがごく稀に急に働くことが明らかとなった。さらに、流動層内での物体浮沈について数値シミュレーションを行った結果、上記の実験と同様に低風速では安定した物体浮沈が再現されたのに対し、風速が大きい場合ではアルキメデスの原理から沈降すると予想された球が沈降せずにある瞬間に大きな鉛直上向きの力を受けて浮揚するという興味深い結果を得た。以上の結果は、研究課題名に挙げた混合廃棄物の乾式素材分離技術の高度化に向け、粉体の粒子径や層高、風速の大小が安定した物体浮沈を阻害する可能性を示唆するものであり有意義であると思われる。
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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
当初の研究実施計画に挙げた『流動層内での物体浮沈が液体内と同様にアルキメデスの原理に基づくのか』という問いに対し粒子径・風速・層高という複数のパラメーターを変化させた実験により、条件によってはアルキメデスの原理に基づかないことを明らかにすると共に、そのことを数値シミュレーションでも確認するほか、流動層内の球に働く力を非接触で測定可能な無線式センサシステムを構築したことはおおむね順調な進展と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
アルキメデスの原理にある浮力と重力のみでなく、その他の力が流動層内での物体に作用することが見出されたことを受け、その力がどのようなものなのか、何に起因するものなのかを明らかにするため流動層内での各高さでの空気圧測定と浮沈実験の同時実施や無線式センサシステムを用いた実験と数値シミュレーションを行い、流動層内での物体浮沈メカニズムの解明に迫る。
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