音響浮揚装置を用いた懸濁液滴乾燥・凝集過程の定量計測

声悬浮装置定量测量悬浮液滴干燥和团聚过程

基本信息

批准号：
14655070
负责人：
亀田正治
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

乾燥食品パウダー製造過程の物理化学モデルの構築を目指して,音響浮揚を利用した単一固液二相液滴乾燥・凝集過程実験装置の製作を行った.昨年度の研究から,実験に用いる微小液滴(直径100μm以下)発生法の確立が必要であることが分かったため,本年度は,主に,微小(流体)粒子発生装置の開発・試作を進めた.開発した発生装置は,圧電型インクジェットノズルの原理を応用したものである.圧電セラミクスを駆動して作動流体に超音波パルスを与え,微細オリフィス(開口部直径20μm-100μm)を通じて粒子を吐出・離脱させる.開発した装置は,液滴だけでなく,気泡発生装置としても利用可能である.まず,空気,シリコン油を作動流体として気泡発生装置としての特性試験を進めた.オリフィスの材質は,油との親和性に優れるステンレスとした.試験では,超高速ビデオカメラ(撮影速度125,000fps-500,000fps)を用いて,気泡発生過程をとらえた.発生気泡サイズに対する各種パラメータ(パルス波形・振幅,および,オリフィス直径)の影響を詳しく検討した.その結果,直径20μm程度のオリフィスを用いて,適切なパルス波形・振幅を与えることで,直径100μm程度の気泡を再現性良く発生できた.また,オリフィスを通じた気体の流入,流出特性が,気泡発生メカニズムのキーとなることが分かった.つぎに,さらに微小な気泡を発生させる手法を検討した.その結果,開口部の大きな(直径100μm)オリフィスを用い,微小な加減圧を与えることで,直径20mm程度の気泡を作ることが出来た.また,この発生には,気液界面の変形,特に表面波の形成が重要な役割を果たすことが分かった.

为了构建干食品粉末制造过程的物理化学模型，我们创建了一个利用声悬浮液滴（直径为10）干燥和团聚单个固液两相液滴过程的实验装置。因为我们发现有必要建立一种颗粒（小于0μm）的生成方法，所以今年我们主要致力于微（流体）颗粒发生器的开发和原型设计。所开发的发生器是基于压电喷墨喷嘴的原理。应用该装置驱动压电陶瓷向工作流体施加超声波脉冲，通过细孔（孔径20μm至100μm）喷射和分离颗粒。它也可以用作气泡发生器。首先，我们进行了特性测试。以空气和硅油为工作液的气泡发生器。节流孔材质为不锈钢，与油有极好的亲和力。使用超高速摄像机（拍摄速度125,000 fps - 500,000 fps）捕捉到气泡产生过程。结果，通过使用直径约20μm的孔口并施加适当的脉冲波形和振幅，能够以良好的再现性产生直径约100μm的气泡。结果发现，通过孔口的气体流入和流出特性是气泡产生机制的关键。接下来，我们研究了一种产生更小的气泡的方法。结果，我们发现大开口（100μm）的孔口通过施加微小的压力和减压，我们能够产生直径约为 20 毫米的气泡。我们还发现，气液界面的变形，特别是表面波的形成，在这一过程中发挥了重要作用。我明白了。