高周波電磁界により駆動される円筒容器内流れの制御に関する研究

製鉄や半導体シリコン結晶の製造における品質向上のために、溶融金属の流動制御が求められるようになっている。溶融金属などの導電性流体に高周波電磁界を印可すると流体中に電磁界が誘導され、溶融金属は強い体積力(ローレンツ力)を受ける。体積力を一様に作用させ流動を抑制した場合、流体中に含まれる非導電性の不純物には見かけの浮力が働くことになり、流体中から不純物を除去することが可能になる。本研究では、これまでに、最も簡単な円筒容器内に封入された溶融金属流体を対象として、数値シミュレーションを行い、効果的に体積力を作用させるには最適な周波数が存在すること、コイル形状を変化させることにより体積力分布を変化させ、流動様式を変化させることができることを明らかにしている。本年度は、円管内流れに与える高周波電磁界の影響の解明することにより、不純物除去を目的とした最適条件の検討を行った。円筒容器と同様に、周波数依存性、コイル形状の影響に注目し、流動特性の解明を行った。加えて、圧力損失を求めることにより、流量制御の可能性を含めた検討を行った。以上の研究により、円管内流れに与える高周波電磁界の各種パラメータの影響を把握した後、特に、不純物の除去焦点を絞り、最適条件の検討を行った。具体的には、円管内の流れを乱すことなく、半径方向中心向きに体積力を作用させる条件を明らかに、流体に作用している体積力の情報を元に、不純物除去効率を求めた。

製鉄や半導体シリコン結晶の製造における品質向上のために、溶融金属の流動制御が求められるようになっている。溶融金属などの導電性流体に高周波電磁界を印可すると流体中に電磁界が誘導され、溶融金属は強い体積力(ローレンツ力)を受ける。体積力を一様に作用させ流動を抑制した場合、流体中に含まれる非導電性の不純物には見かけの浮力が働くことになり、流体中から不純物を除去することが可能になる。本研究では、これまでに、最も簡単な円筒容器内に封入された溶融金属流体を対象として、数値シミュレーションを行い、効果的に体積力を作用させるには最適な周波数が存在すること、コイル形状を変化させることにより体積力分布を変化させ、流動様式を変化させることができることを明らかにしている。本年度は、円管内流れに与える高周波電磁界の影響の解明することにより、不純物除去を目的とした最適条件の検討を行った。円筒容器と同様に、周波数依存性、コイル形状の影響に注目し、流動特性の解明を行った。加えて、圧力損失を求めることにより、流量制御の可能性を含めた検討を行った。以上の研究により、円管内流れに与える高周波電磁界の各種パラメータの影響を把握した後、特に、不純物の除去焦点を絞り、最適条件の検討を行った。具体的には、円管内の流れを乱すことなく、半径方向中心向きに体積力を作用させる条件を明らかに、流体に作用している体積力の情報を元に、不純物除去効率を求めた。