| 研究課題/領域番号 |
25420816
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
多田 豊 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80127456)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 超音波反応 / 反応・分離工学 / 化学工学 / 廃棄物処理 / 可視化 |
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| 研究概要 |
局所的により強くかつ安定な定在波を作り出せる超音波反応器を開発することを目的として、超音波凹面反射板が反応器内音圧、流動、および反応に及ぼす影響を明らかにすることを試みた。
超音波反応は連続照射の強い定在波存在下、ラジカル生成のためのキャビテーション発生下で行う必要があるが、これまでの著者らの研究により、そのような条件下では水中圧力測定のためのハイドロホンは損壊することが分かっている。本研究ではより強力な定在波を作るために凹面反射板を用いたところ、ハイドロホンはパルス照射時でも急速に劣化した。そのため、反射板なしでパルス照射のときの音圧を測定し、数値解析で再現できることを確認して、連続照射時の音圧分布を数値解析により明らかにした。反射板設置・連続照射時の音圧分布数値解析は進行中である。
シート状レーザーと蛍光微粒子を用いたPIV法により、速度分布解析を行ったが、凹面反射板により音圧場は強くなったが、不均一となり、流動の時間的空間的揺らぎが大きく、定常的な速度分布を得ることはできなかった。
超音波振動子と同じ直径50mmとした光学アルミニウム凹面鏡を反射板として使用し、焦点距離を変えて超音波連続照射時のKI酸化反応を行わせた。反応速度は、焦点距離が短かすぎたり、長すぎたりすると、反射板なしよりも遅くなり、適切な焦点距離のとき反射板なしよりの1.5倍、平面反射板使用時の1.2倍の反応速度を得た。
凹面反射板を設置して、超音波を連続照射したときの音圧分布、流動を明らかにすることはできていないが、それはより強い定在波ができていることを示している。凹面反射板を用いることで、超音波反応速度を上げることができたので、当初の上記研究目的は達成されたと言える。
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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
上記研究実績の概要で述べたように、凹面反射板を用いることで、より強い定在波を作り出すことができ、反応速度も大きくなった。しかし、それゆえに音圧を測定するハイドロホンが壊れ、流動も揺らぎが大きくPIV法では解析できないことが分った。
音圧と流動の解析において、このような課題はあるが、より強い定在波を作り出せる超音波反応器を開発するという当初の目的は達成されているので、区分を(2)とした。
凹面反射板使用時の音圧分布は数値解析で行い、流動は細部の解析はできないが大きな流れをとらえることができるより基本的な消色可視化法で行う必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
上記のように、超音波連続照射時の凹面反射板の使用で定在波はより強くなり、ハイドロホンによる音圧分布測定とPIV法による流動解析は現状ではできていない。したがって、超音波パルス照射時で反射板なしのときに実測音圧分布を表せている数値解析により、超音波連続照射凹面反射板使用時の音圧分布を解析する。また、時間的空間的ゆらぎの影響を受けにくい、大きな流れを捉えられる消色可視化法で流動を明らかにする。超音波反応はKI酸化法で行う。
超音波反応を引き起こすラジカル発生を促進するために、窒素やアルゴン等の不活性ガスを反応器内溶液に溶存させ、さらに反応速度を高めて、凹面反射板が超音波照射時の音圧分布、流動、反応に及ぼす影響を明らかにする。
反射板の材質、表面状態、焦点距離、直径を変えて実験を行い、最適な凹面反射板を明らかにする。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
購入した主たる備品である分光光度計が製造会社（島津製作所）のキャンペーン中で当初の価格より大きく減額されて購入することができ、ほぼその金額が残ったため。
超音波反射凹面版の反応に及ぼす影響は大きくかつ複雑であるので、いろいろな材質、表面状態、直径、厚さ、焦点距離をもつ超音波凹面反射板を制作して、より広範囲の条件で実験・解析を行う。
そのため、当初計画より製作費が増えるので、それにあてる。
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