平成292017)年度 一般研究1実施報告書

 

課題番号

29−共研−1022

分野分類

統計数理研究所内分野分類

j

主要研究分野分類

5

研究課題名

回転円すいを用いた高粘度液体の微粒化と線条化

フリガナ

代表者氏名

アダチ タカヒロ

足立 高弘

ローマ字

Adachi Takahiro

所属機関

秋田大学

所属部局

理工学研究科

職  名

教授

 

 

研究目的と成果(経過)の概要

円すいの頂角を下にして水に浸し回転させることで,円すいの外表面を液が上昇し,液膜が形成される.すなわち,回転する円すい体外表面には均質な薄い液膜流が形成され,液が安定的に揚水される.このとき円すい外表面の液膜には遠心力が加わるにも拘わらず液膜が飛散することはない.この薄い揚水液膜流は最終的には円すいの底部に固定した共に回転する円板に沿って微粒化して液滴となった後にミスト流として周囲に噴霧される.

一方で、噴霧される液の形態は,水の場合には液膜から微粒化し球形の液滴となるが,液体の粘性が水よりも大きな場合には糸状の形態で周囲に放出される.すなわち,液は遠心力の円すい壁面方向分力によって揚水されるが,粘度が大きくなると曵糸性の影響が強くなり,遠心力がわずかに大きな位置から離散的に糸を引くように円すい壁面を上昇し線条の形態で周囲に放出されると考えられる.

本研究では、ニュートン流体であるグリセリン溶液を水に混ぜることで粘度を調整し、揚水が開始する回転数をグリセリン水溶液の濃度を変更することで調べた。粘度が水に近い場合には膜状揚水が発生し、粘度がグリセリンに近い場合には糸状揚水が発生することを明らかにした。粘度が水とグリセリンの中間値近傍では揚水の詳細はわからなかった。このような実験を円すいの浸水半径を変更して行った。円すいの浸水半径を変更させると液を揚水する遠心力が変わことになる。詳細については、引き続き実験が必要である。これまでの研究成果を論文に纏めている。

 

当該研究に関する情報源(論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等)

論文発表

1) 足立高弘,佐藤直也,小針直人,堀紀弘:回転円すい体の外表面を上昇する液膜流れ,日本機械学会論文集(B編) ,第76巻761号, pp. 161-163(2010) ...17

2) Takahiro Adachi, Naoya Sato, Naoto Kobari and Toshihiro Hori:Liquid Film Flow Rising along the Outer Surface of the Rotating Cone ,Heat Transfer-Asian Research, vol. 39 pp.492-496(2010) ...18

3) 足立高弘,新井晶大:回転円すいの外表面を上昇する液膜流れ,[特集]注目研究in年会2010、ながれ29 pp. 451 - 453(2010)

4) 足立高弘,回転円すいを用いて生成されるミストによる酸素濃度の溶解促進,日本機械学会論文集(B編), 第79巻800号, pp. 632-635(2013?4)

5) 足立高弘,回転円すいにより生成される循環ミスト流による溶存酸素の移動促進,化学工学論文集,第41巻,第2号,pp. 78-82(2015)

6) Takahiro Adachi:Oxygen Transfer and Power Consumption in an Aeration System Using Mist and Circulation Flow Generated by a Rotating Cone,Chemical Engineering Science, vol. 126, pp. 6258211;632(2015)

7) Takahiro Adachi, Yutaro Takahashi and Junnosuke Okajima: Film Flow Thickness along the Outer Surface of Rotating Cones, European Journal of Mechanics / B Fluids,vol. 68,pp. 39-44(2018)

8) Takahiro Adachi, Yutaro Takahashi, Takeshi Akinaga, Junnosuke Okajima: Effect of Viscosity on Pumping-Up of Newtonian Fluid Driven by a Rotating Cone, Journal of Flow Control, Measurement & Visualization, 2018, 6, 57-65

9) Takahiro Adachi, Toshiki Kubob, Koji Higashiono, Mitsuharu Terashima, YutaroTakahashi: Correlation of oxygen mass transfer and power consumption in an aeration system by a rotating cone, Chemical Engineering and Processing - Process Intensification Volume 125, March 2018, Pages 105-111

国際会議発表

1) Takahiro Adachi and Akihiro Arai: Mist Type Purifier Using Pumping-up Mechanism Generated by Thin Film Flow, 24th European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Estoril, Portugal, September 2011, CD-ROM

2) Keisuke Matsuda, Takahiro Adachi, Yusuke Ryu, Okajima Junnosuke and Takeshi Akinaga: Generation Mechanism of Rising Film Flow along the Rotating Conical Outer Surface and the Subsequent Atomization Characteristics, Proc. 12th International Conference on Fluid Dynamics, Sendai, Japan, September 2012, pp.158-159

3) Takahiro Adachi, Water purification technique using the mist flow generated by a rotating cone, Proc. International Symposium on Green Manufacturing and Applications, Honolulu, Hawaii, USA, June 25-29, 2013, Flash Disk.

4) Keisuke Matsuda, Takahiro Adachi, Okajima Junnosuke and Takeshi Akinaga: Generation Mechanism of Rising Film Flow along the Rotating Conical Outer Surface and the Subsequent Atomization Characteristics, Proc. of the 13th International Symposium on Advanced Fluid Information, (Sendai, Japan) , pp.158-159.(2013)

5) Takahiro Adachi, Float-type Water Purifier with Mist Generated by Rotating Cones, Proc. Water Supply and Water Quality, Torun, Poland, June 22-25, 2014, pp. 697-704.

6) Matsuda, K., Adachi, T., Okajima, J., and Akinaga, T. : Generation Mechanism of Rising Film Flow along the Rotating Conical Outer Surface and the Subsequent Atomization Characteristics, Proceedings of the 14th international symposium on advanced fluid information, Sendai, (2014) pp. 158-159.

7) Toshiki Kubo and Takahiro Adachi: Oxygen Transfer and Power Consumption in an Aeration Using Mist and Circulation Flow Generated by a Rotating Cone, Proc. 13th International conference on liquid atomization, Tainan, Taiwan, USB,(2015)

8) Yudai Kuriyagawa and Takahiro Adachi:Atomization and Filamentation of High-viscosity Liquid with a Rotating Cone, Proc. 13th International conference on liquid atomization, Tainan, Taiwan, USB, (2015)

9) Koji Higashiono, Takahiro Adachi and Toshiki Kubo: Correlation of Oxygen Transfer and Power Consumption in an Aeration System by a Rotating Cone, International Symposium on Green Manufacturing and Applications 2016, Bari, Indonesia, USB, (2016)

10) Yutaro Takahashi, Takahiro Adachi and Junnosuke Okajima: Power consumption of liquid atomization device by using rising film flow along a rotating cone and disk, 2nd International Conference on Fluid Dynamics & Aerodynamics, Rome, Itary, (2017) p.64

11) Yutaro Takahashi, Takahiro Adachi, Takeshi Akinaga and Junnosuke Okajima: Effect of Viscosity on Pumping-up of Newtonian Fluid Driven by Rotating Cone, 14th International Conference on Flow Dynamics, Sendai, Japan, (2017) pp.170-171

国内発表

1) 佐藤直也,足立高弘,小針直人,堀紀弘 : 回転する円すいの外表面を上昇する液膜流れの流動特性, 日本機械学会東北支部第45期秋季講演会講演論文集No. 2009-2, (2009) pp. 77-78.

2) 新井晶大,足立高弘:回転円すいの外表面を上昇する液膜流れの数値シミュレーション,日本機械学会東北支部第46期秋季講演会講演論文集 No.2010-2, (2010) pp.47-48.

3) 足立高弘,新井晶大:回転円すいの外表面を上昇する液膜流れ,日本流体力学会年会2010講演要旨集, (2010) pp. 61-62

4) 新井晶大,足立高弘:回転円すいによる薄膜揚水メカニズムを用いたミスト型水質浄化装置の開発,日本機械学会東北支部第47期秋季講演会講演論文集No.2011, (2011)pp.284-285

5) 足立高弘,新井晶大:回転円すいによるミストの生成と酸素濃度の溶解促進,第20回微粒化シンポジウム講演論文集, (2011) pp.211-214

6) 松田圭祐,足立高弘:回転円すいの外表面を上昇する液膜流と噴霧流の生成に必要な消費動力量と噴霧流量との関係,日本機械学会熱工学コンファレンス2013講演論文集(2013)pp.75-76.

7) 栗谷川雄大,足立高弘:回転円すいを用いた高粘度液体の微粒化と線条化, 第62回レオロジー討論会講演論文集 (2014) p. 342

8) 栗谷川雄大,足立高弘:回転円すいを用いた高粘度液体の微粒化と線条化, 日本機械学会東北支部 第50期総会・講演会論文集,2015 pp. 167-168

9) 久保俊輝, 足立高弘:回転円すいを用いた循環ミスト流の生成と溶存酸素の移動促進,日本機械学会東北支部 第50期総会・講演会論文集,(2015) USB

10) 平澤貴典・足立高弘:回転円すいの外表面を上昇する液膜流れの数値シミュレーション,オープンCAEシンポジウム2015@富山,(2015)USB

11) 東大野晃慈・足立高弘:回転円すいによる周囲環境の熱制御および溶存酸素の移動促進, 日本機械学会東北支部第52期秋季講演会・講演会論文集,(2016) USB

12) 東大野晃慈・足立高弘・寺嶋光春:回転円すいによる周囲環境の熱および溶存酸素の同時制御と消費動力, 第19回日本水環境学会シンポジウム・講演会論文集,(2016)

13) 高橋雄太郎・足立高弘・岡島淳之介: 回転円すいを用いた液体微粒化装置の動力特性, 日本機械学会東北支部第52期秋季講演会・講演会論文集,(2016) USB

14) 高橋 雄太郎・足立 高弘: 回転円すいを用いた高粘度溶液の揚水遷移と内部循環流の可視化,日本機械学会東北支部第53期秋季講演会・講演会論文集,(2017) USB


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研究参加者一覧

氏名

所属機関

笹川 壮太

秋田大学