混合撹拌のシミュレーション実験による最適撹拌方法予測の研究(II)

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研究目的:産業界のあらゆる分野において,生産プロセスの一部には必ず撹拌装置が使用されている.これらの多くは各生産現場で独自に時間をかけ,経験から生れた条件で運転されているが,今日のように製品の開発期間が短くなってくるとシステム交換にかける作業も短時間で行う必要がある.これに対応するため,シミュレーション実験から短時間に最適な撹拌方法を予測し,撹拌効率の高い運転を行うことで,省エネルギーにつなげることが目的である.研究方法:撹拌例として混合原料の比重差が大きい場合を想定した.この条件では混合均一になった後、静止状態になると再び分離が始まるため,均一状態を維持するための撹拌作業が必要となる.この混合均一と状態維持の異なる撹拌条件を含めた総合最小エネルギーを求めるには,撹拌状態の観測と撹拌動力を測定する必要がある.撹拌状態については,これまでの可視化実験で多様なトレーサの開発を行っているため,撹拌シミュレーションに最適なトレーサの選択を行う.また、動力測定については昨年度の実験装置を更に改良し微小な動力変化の測定が可能となるセンサを開発する.この観測と動力測定を用い混合均一と混合維持までの最小動力の条件を見つけ,最適な撹拌プログラムの開発を行う.研究結果:これまでのスリットライトを固定から電動シリンダーに変更し,水平方向の2.5次元観測が可能になりブラインドも無くすことができた.混合均一撹拌では単色トレーサ液の濃度変化や微小カプセルの発散量を時間で評価し,温度均一撹拌の混合状態評価については,感温型液晶の温度色変化から評価することができた.長時間維持については,製品の分離や沈降が発生する限界撹拌速度と撹拌動力をカメラによる状態観測とトルクセンサから求めた.このトルクセンサは歪ゲージタイプを開発し,撹拌軸に加わるカをスリップリング,歪アンプ,A/D変換を通じ,パソコンで動力値に変換する.この観測データーから最小撹拌動力を求めることができた.また,多様な性質をもつ撹拌原料に対応するための,最適な翼形状の選定と評価が可能であり,@これらを総合評価することによって,高い効率と省エネ運転を行うための条件予測が可能になった.