水平旋回型混合機内に形成される二次流れを利用した新たな撹拌混合機構の構築

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本研究では，周囲から流れを巻き込み中心部に流出する方式の平面円盤形状の混合槽において，その側面に丸みを持たせた混合機を開発する．温度変化，濃度変化，流動変化が複雑に絡みながら進行する熱・物質拡散流動場の支配要因や混合状態に影響を与える熱流動場の構造を目指す．先行研究によれば，混合槽内部では周方向に準自由渦を形成し，流れは対数らせんを描きながら流れるものの，その流れは，フィレット形状によりもたらされる戻り流れ（二次流れ）とも相互作用を及ぼし，また，二次流れの発生・成長・衰退は流入条件によって大きく変化しているとされてきた．そのため，まず実験において，混合槽内速度分布の観察を行い，混合槽内の速度分布は中心部に強制渦 ，その外側は上下壁面影響を受け準自由渦が発生し，準ランキンの渦となり，混合槽端部は流入による噴流の影響を受けることがわかった．それらは相互に干渉することで， 混合槽内の速度分布が構成されると考えられる．また，数値解析において，濃度差に起因する密度差が大きい場合と，濃度差が小さい（または差がない）場合を比較した．密度差が小さい場合または差がない場合は，四方から流入する流れによって形成されるそれぞれの界面は安定的に形成され，その界面から拡散係数の数値に従って混合・拡散が広がっていた．一方，密度差が大きい場合は，濃度差に起因する密度差が大きい流体は他方の流体の下に潜り込む傾向が，濃度差に起因する密度差が小さい流体は他方の流体の上に浮き上がる傾向があるため，それぞれの流れが形成する界面が広がる傾向にある。密度差が大きい場合には，この界面の広がりが混合・拡散を良化させる因子となる．