旋回液体噴流の特性解明と材料及び廃液処理プロセスへの応用に関する研究

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鉄鋼精錬プロセスにおいて、溶鋼とスラグの攪拌には機械式攪拌、アルゴンガスによるガス吹き込み攪拌、そして電磁攪拌が用いられているが、機械式撹拌に着目すると、溶鋼中に浸漬物を投入させることに対する安全性や、品質の低下が懸念される。また、従来のガス吹き込み撹拌では上昇する気泡に追従する溶鋼の流れでは完全な撹拌は見込まれない。以上のような問題点を解決するために、底部からの液体吹き込みにより生じる旋回液体噴流の優れた撹拌作用を利用した新規撹拌手法を考案し、旋回液体噴流の旋回の発生する条件である旋回発生領域、旋回開始時間、旋回終了時間、旋回周期、壁面における発生した波の振幅、浴内の均一混合時間といった基本的な特性の調査を行った。また、ポンプを用いて浴内の液体を循環させ、浴深を一定に保つ"定常状態"と、液体の吹き込みにより徐々に浴深が増加する"過渡状態"における特性の違いや、吹き込み位置を変化させた際の影響、低密度の液体や固体粒子を上乗せし、二層成層とすることによる影響の調査も行い、最終的には駆動力に位置エネルギーを用い、さらには水銀を用いて研究を行うことでこの手法の溶融金属への適用の可能性を実験的、理論的に明らかにした。主な成果1:旋回液体噴流の基本的な特性を実験式または理論式によって整理することに成功主な成果2:汎用熱流体解析ソフトFluentを用いた数値計算による旋回液体噴流の再現に成功主な成果3:液体金属である水銀を用いて旋回液体噴流を発生させ、その特性を整理することに成功