混合廃棄物の乾式素材分離技術の高度化に向けた流動層内での物体浮沈メカニズムの解明

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昨年度明らかとなったアルキメデスの原理にある浮力と重力とは異なる力が流動層内の物体に作用することをさらに検討するため、電子天秤に吊るしたステンレス球の流動層内での重量測定に基づいて見積もった見掛け浮力から重力を差し引いた値を求めた。この値が正の場合は物体が浮揚し、負の場合は沈降することになる。流動層の風速と層高を変化させて様々な高さでその値を求め、同条件で行った球の浮沈実験の結果と比較した。まず、浮沈実験により昨年度と同様に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しない結果を得ると共に、流動層表面に近い上部では見掛け浮力から重力を差し引いた値が大きな正の値となり、想定される浮力よりも極めて大きな上向きの力が球に作用することが明らかとなった。また、同条件で様々な高さで壁面での空気圧測定を行うと共に、圧力センサーを内包した球を流動層内の様々な高さに固定して球上下での空気圧力差を測定した結果、高さ方向での空気圧力差が局所的かつ瞬時に大きな値となることが明らかとなり、上記の極めて大きな上向きの力が空気圧力差に起因するものであることが示唆された。数値シミュレーションにおいても物体浮沈と空気圧力差の関係を検討した結果、風速が大きい場合に粉体や気泡の激しい運動に起因する局所的かつ瞬時の大きな空気圧力差が生じることと、その近傍において球が浮揚することが明らかとなった。以上により、流動層内での物体浮沈のメカニズムとして流動層内には局所的不均一性があり空気圧力差に基づく圧力勾配力も物体に作用する力として考えるべきであることが見出され、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、アルキメデスの原理に基づかない力への配慮の重要性が示され有意義な結果であると思われる。