○ 昌103

毛

。

』 コ ω ω㊤

』

』

102

「

 n一

○

●   Standard O  Cy1indrica1

△  Conica1

口  D（）ub1c c（）nica1

5   10      100

     In1et VelOCity （m／S）

Fig・4−2 Pressure drop of several types of cyc1ones        −63一

（_冒

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Standard  （1：60mm）

  n

1＝100mm

_o

Sand paper＃40 Fin1eno th＝L     b

5   10       100

      In1et Ve10City （m／S）

ノ、U部、「リ筒部は杜木型と同・で！リ錐祁上ミさ力㍉5（〕nlm（テー一バ6．ド）び）サでクロン、Cは Bと同様で円錐部がlOOmn1（デーバg．バ）のサでクロンであZ）、、

 実、験は通常の粒∫一分離の場合と同様に行ったが、村ゴ・の沈祈状況の榊察を容易にする ためにサイクロン全円周部、円筒部および11雌舳人山にケント紙を員｛り付けた、、このと

き、気流に乱れが生じないようケント紙をサイクロン1人j糀にぴったりと伴I＝祈させた、、

 実．験はサイクロン人口風速20m／s−30m／sで行った。トレーサー柱一r・として段j火ローム JISNo．llを使用し、粉塵濃度1g／mJで約5分間粉体を惧給した。 欠験終」 後、ケント紙

を取り出しトレーサー粒子の付着状態を観察した。実験条f乍をTablc4−2に示す。

Table4−2 Experimenta1conditions

」  L ^一 一

Particle

1nlet Vel㏄ity ^r

Powder COnCentratiOn

（m／S）

   3i9／m）

L 一   ■  L L 」 一

Kantoh Loam 20

25 ¹

JIS No．11

30

皿 一

ElaPsc ti111c  （min）

Fig−4−3 1）rcssurc drop of standard cyc1onc with different       inncr surface roughness

4一一2 サイクロン内（7）流れ

4−2−1 実験装置および方法

 サイクロン内部の流れを測定する方法としてピトー管、熱線風速計等を用いる方法が

あるが、これらは測定郁を気流1いに挿入しなければならず結果的に気流を乱す可能性が ある。気流を乱さずに流れの状態を把握することが望まれるが現実には困難である。一 方、破面トレース法やタフト法6、は壁面に油膜や糸を塗布あるいは取り付ける方法であ り、椛市近傍の流れしか口」一千見化できない欠、点はあるが、流れを観察することができる。

サイクロンは「1に粒∫・と気体の半径方向への運動の差を利用して、粒子を気流中から 分離する一装置であるが、雄山］方向には両者はほぼ同様の運動をしていると考えられる。

したがって、サイクロン壁面に到達する粒一子状態を何らかの方法で気流を乱すことなく 観察できればサイクロン壁面付近での流れの観察は可能と考えられる。

 木研究では、トレーサ・…粒一ゴ・をサイクロン内壁に付着させ、その付着状態を観察して、

サイクロン内の流れを推定した。

 Fig．4−4に 一走験に使用したサイクロンを示す。サイクロンは3−2節で用いたもので、Aは 全ド用渦巻人リ式でll（〕mmσ）1リ筒部と200mmの「リ錐部からなる某本型サイクロン、Bは

       一同一

φ31

■ 1

○り

l 1

L・・

72

φ40

い一

・一

φ31

I 1

oc 1 ^■

φ72

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一一

φ「1

1 I

○り

1 1 L一一

72

ir一 φ40

■一

Cyclone A

（Standard lype）

Cyclone B       Cyclone C

Fig．4−4Schematic diagram of cyc1ones

       −65一

4−2−2 結果および考察

 Fig．4−5にサイクロンAの展開図およびサイクロンA，B，Cの入口風速20m／sにおけるトレー サー粒子のサイクロン円筒部および円錐部内壁への付着状態を示す。展開図において、

AlBlはサイクロン入口部・AlA2B・B2Blは全円周渦巻入口部分、B2B，C2C、は円筒部 分、ClC2D2Dlは円錐部分である。実験後のケント紙には円筒部、円錐部ともにトレー

サー粒子が右下がりの縞状に付着しているのがはっきり観察された。円筒部においては 気流は流入した角度をほぼ維持して！・ることが確認された。また、円錐部においては円 筒部の旋回流をほぼ維持しているが、若干軸方向に伸びているように観察された。サイ

クロン全体での気流の旋回数は約5となっている。また、サイクロンB，CでもAと同様

の流跡線が観察された。ここでも・円錐部においては円筒部の旋回流をほぼ維持してい るが、若干軸方向に伸びているように観察される。サイクロン全体での気流旋回数は丑 で約4，Cで約3となっている。

 Fig．4−6に入口風速20m／s，25m／s，30m／sにおけるサイクロンAの円筒部内壁への付着状態 を示す・入口風速20m／s・25m／sでは明瞭な流跡線が観察され、円筒部においては気流は 流入した角度をほぼ維持していることが観察された。一方、30m／sではそれ以下の場合 と比べ流跡線は不明瞭になっている。また、円筒部での流跡線と水平面とのなす角度θ は・入口風速20m／sでθ＝15・ポ・入口風速25m／sでθ＝15．5。、入口風速30m／sでθ＝15．4

。とほぼ一定であり、円筒部での気流旋回数は約1．5となった。

 すべての実験で分散条件および供給粉塵濃度を同一にしているにもかかわらず、入口

風速により粒子の付着状態に変化が見られたのは、入口風速25m／s以下では旋回流はサ イクロン入口での流れをほぼ維持したまま円筒部を流れているが、25m／、を超えるあた りから気流に乱れが生じ・流跡線が不明瞭となったものと考えられる。また、円錐部で 旋回流が若干軸方向へ伸びているように観察されたのは、円錐部では旋回直径が減少す るのにともない・軸分速度が増加するためであると考えられる。さらに、ここでの旋回 数は円錐部長さに依存していると考えられる。

       Spi・・1・i…1・工i・1・tp航

   A1      A2

In1et

   B1       B3

 Cy1indrica1part

Con1ca1pa血

B2

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、 O、

、、、

Iica1part ^、、 、 、

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C1

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lnica1p鮒 、、 ^、、、

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、、

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、

1、 ^、

D1    D2

、

C2

Cyc1o・・A C・・1・…  C．c1。、、C

L＝200  L・150   L．1OO

一66一

」

Fig−4−5Spread diagram ofcyc1one and visua1ized imer now

一67一

蠣籔㍗、ζ㍗廿

」・．、∫I

手湾 ．鶯。．。了

 ｛㌻  ・、  ・

3㍑。・

1略れ ^一｛

■｝一・

授言。

1 30m／s  θ＝15．4

4−3

Fig・4−6Vi…Ii・・dim・・n・wi・・y1i・dh・・1p・血・f・y・1・。。A

蛇管の圧力損失

4−2節の結果より、サイクロン内部流れが螺旋状であることが確認されたので類似する 流れとして蛇管内の流れを考えた。そしてモデル実験として水平に設置された直径D、

回転直径叫の蛇管の圧力損失特性を調べ、蛇管内の流れによりサイクロンの圧力損失が

説明できないか検討した。

4−3−1

^{実験装置および方法}

Fig−4−7に実験装置を示す。テスト部である蛇管には、ワイヤー入りビニール管を用い、

鉄管等の硬い円筒にビニール管断面が変形しないように十分注意しながら巻つけて使用 した。蛇管直径はビニール管直径とし、回転直径D、はビニール管の中心線が描く円筒の 直径とした・使肌た蛇管は直径・・α・・…．…の・種類、回転直径は・、一・．・一。。。。。、

気流速度u：0・4〜30m／sで実験を行った。圧力損失は蛇管入口と出口での差圧をマノメ＿

ターにより測定した。Tab1e4−3に実験条件を示す。

一68一

Table4−3 Experimenta1conditions

4−3−2

Tube diameter Coi1diame屹r Tube1enoth       b

F111id・elocily

（㎝1） （㎝1） （m） （m／S）

6．2 5 O．5〜30

O．9 40 5 O．5，35

40 30 O．5㌔15

2．5 40

200 25 ^O，4㌔30

→

←

D．

△P

@・

^{h■      1}

E     I

E      ．

E     I

E      ・

D     ・

Coi1ed tube

Fig．4−7Schematic diagram of a coi1ed tube

結果および考察

Fig．4−8に圧力損失の実測値より得られた蛇管の摩擦係数f。とRe教との関係を蛇管の回 転直径D、と直径Dの比D，lDをパラメーターとして示す。㌔はばらつきがあるものの、全体

としてはRe数の増加とともに減少している。そして、減少率は低Re数域で大きく、高Re 数域で小さくなっている。f、の値は全領域で直管の摩擦係数fより大きいが、直線の勾配 は低Re数域では、D、！Dとともに大きくなり、直管の勾配一1に近づき、また、摩擦係数

も直管の値に近づいている。一方、高Re数域では、摩擦係数はD、／Dが小さいほど高く、

       一69一

勾配はD、！Dによらずほぼ一定である。また、White，Tay1orが指摘した層流から乱流への 遷移領域が存在しており、層流から乱流へ遷移する時のレイノルズ数である臨界レイノ

ルズ数もほぼ一一一・致している。

Whte7〕，Taylor8〕，Richterg』等によって蛇管の摩擦係数の算出式が次のように与えられて

レ・る。

腐流   f デ＝1

ﾁπ・111      （42）

 中問領土或

 ら     1

 f     l一い1例γ

ll…

ﾁπ・・・…D％・1…     （小3）

 乱流

  r

  」・1 ■y、・500       （4−4）

  r

  ら・・…1・・α（1川（・…）I lo・・I〔L235

ドキュメント内 旋回流場における微粒子分離に関する研究 (ページ 38-42)