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

利用水平旋转混合器中形成的二次流构建新型搅拌混合机构

• 批准号: 22K04798
• 负责人: 酒井 清吾
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04798/
• 关键词: 水平旋回型混合機; 二次流れ; フィレット形状; 流れ場の構成; 濃度差に起因する密度差

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．

在这项研究中，我们将在扁平盘形混合罐中开发一种带有圆形侧面的混合器，从外围吸入水流并流出到中心。我们的目的是研究温度变化、浓度变化和流量变化以复杂方式进行的热/材料扩散流场的控制因素，以及影响混合状态的热流场的结构。根据以往的研究，混合槽内部沿圆周方向形成准自由涡流，流动呈对数螺旋状流动，但这种流动也与圆角形状带来的回流（二次流）相互作用。据说，二次流的发生、增长和减少根据流入条件的不同而有很大差异。因此，在实验中，我们首先观察了混合槽内部的速度分布，发现混合槽内部的速度分布是中心的强制涡，而强制涡的外部由于上、下壁的影响，产生准朗肯涡流，发现混合槽的边缘受到流入引起的射流的影响。认为混合槽内的速度分布是由它们之间的相互干扰而形成的。另外，在数值分析中，我们比较了由浓度差引起的密度差较大的情况和密度差较小（或没有差异）的情况。当密度差异较小或没有差异时，稳定地形成由各个方向流入的流动所形成的各个界面，并且混合和扩散按照扩散系数的数值从界面传播。另一方面，当密度差较大时，由于浓度差而具有较大密度差的流体倾向于下沉到另一种流体的下方，而由于浓度差而具有较小密度差的流体倾向于浮在另一种流体的上方。因此，各流形成的界面趋于变宽。当密度差较大时，界面的加宽成为改善混合和扩散的因素。