2022 Fiscal Year Annual Research Report
Challenge to systematize vortex dynamics for process intensification technology to create innovative processes
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18H03853
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
大村 直人 神戸大学, 工学研究科, 教授 (50223954)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀江 孝史 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20513550)
増田 勇人 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 講師 (90781815)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 渦動力学 / プロセス強化 / 機能構造 / 設計論 / 操作論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で設定している４つの課題について以下の結果を得た。
1)渦流動場の粒子集積過程の解明と放出制御能の探査では、平行平板型二枚翼を用いた撹拌槽において、粒子集積の場となる孤立混合領域を確認した。この孤立混合領域内に置かれた粒子は領域内にとどまることも確認した。また、高温加熱板に置かれたLeidenfrost液滴の渦流動を調べた結果、液滴内の粒子も液滴内の循環流により粒子が集積することを見出した。
2)渦内の混合・反応特性の調査では、前述のLeidenfrost液滴内の渦流動を、加熱平板の表面性状の違いによる撥水効果に着目して調べた。その結果、加熱平板表面に微細な凹凸を付加し、撥水性を持たせることで、より低温でLeidenfrost現象を起こすことができ、液滴内の渦流動速度も速くなることを見出した。また、エタノール液滴と水液滴を衝突合体させることで、エタノール中に溶けたフェノールフタレインを析出させることができることも見出した。
3)円錐型テイラー渦流について、半径方向に温度勾配を付加することにより、流動特性と伝熱特性がどのように変化するかを数値計算により調べた。その結果、外円錐表面の温度が内円錐表面の温度より高い正の温度勾配を孵化した場合は、負の温度勾配を付加した場合に比べ、熱対流の影響を抑制することができることを見出した。
4) 渦の移動による剥離および、物質輸送能の調査では、住友重機械プロセス機器（株）と共同で、大型撹拌翼マックスブレンドを設置した撹拌槽の側壁における流体摩擦係数の局所分布を、数値流体シミュレーション（CFD）を用いて調べた。側壁と邪魔板にクリアランスを設けると、側壁の流体摩擦係数は大きく変動することを明らかにした。この結果は、乱流撹拌槽の側壁上の熱・物質移動が改善される可能性を示唆し、撹拌槽の伝熱・物質移動性能を高めるための貴重な知見を得た。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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