第 4 章 撹拌翼取り付け高さおよび槽底形状が動力に及ぼす影響 4.1 緒言
4.2 パドル翼撹拌槽の翼位置による動力変化のレイノルズ数依存性
4.2.1 実験方法
使用した撹拌槽はアクリル樹脂製の平底円筒槽であり, その内径 D は 0.185 m とした. 邪魔板条件は標準 邪魔板条件(槽径の1/10 幅の邪魔板を4 枚)とし, 液面から槽底まで設置した. 使用した翼はごく一般的な4 枚パドル翼であり,翼径d は0.076 m,翼幅b は0.019 m である. 使用した流体は種々の粘度に調製した水飴 水溶液と水道水であり, 液高さ H は槽内径と等しくした. 翼の取り付け位置は乱流域で動力数が極小値と極 大値をとるそれぞれC/H=0.25, 0.5 とした. Figure 4.1 に使用した撹拌槽の幾何形状と記号を示した. 撹拌所要 動力は, トルクメータ(SATAKE ST-3000 )を用いて測定した. 動力測定法はこれまでの本研究の一連の方法 と同じなので, 詳細は省略する. 流れの可視化は, これまで同様, スリット光によるトレーサー法によった. 光の屈折による画像の歪みを軽減するために撹拌槽は水を満たした角槽内に設置した.
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ーンが非定常的に放射流から軸流型の 1 ループに変化している現象が観察された. これは, 球底の場合, 槽底 下部から槽壁を駆け上がることにより, 1 ループ型に近い軸流が発生したと考えられる. このため, 球底槽に おいて動力数の低下が発生したと考えられる. Fig. 4.8左下の球底C/H=0.7の写真が示すように, 翼を上部に設 置すると2ループを形成し始め, 平底槽や皿底槽と同様なフローパターンになり, 動力変化が一致してくるも のと考えられる. ただし, このとき, 球底部では弱い旋回流が観察されている.
4.3.2.2 ラシュトンタービン翼を用いた場合
安定した放射流型の代表翼として, ラシュトンタービンについて検討した. Figure 4.9 に動力数の翼取り付 け位置依存性を示す. 前述のパドル翼とは大きく傾向が異なり, このようにすべての槽形状において, パドル ほどの動力数変化は生じず, ほぼ一定値を示すパターンとなった. ただし, 槽中央付近に翼を取り付けた場合, 平底および皿底とは異なり, 球底では若干の動力数低下が生じた. C/H=0.5 で平底との動力差が最も大きくな り, それは20%程度であった. これは, 翼下側にできるループが槽底形状の影響を受けるためだと考えられる.
Figure 4.10のフローパターンの可視化写真に示すように, 翼の位置を槽の中央付近に取り付けた場合, 平底で
は2ループが観測されるのに対して, 球底では翼の上部に1ループの軸流が生じ, 翼の下部は上下のループで はなく, 水平方向の旋回流が主体となっていた. このことが, 動力数の差異が生じた最も大きな原因と考えら れる. この旋回流の発生が, 球底の特徴であり, 平底や皿底と最も大きな相違点である.
4.3.2.3 傾斜パドル翼を用いた場合
軸流型と放射流型の混合的なフローパターンを持つ翼として, 下方吐出のピッチドパドル翼について検討 した. 傾斜角は60°で, 比較的放射流の強い翼を用いたにもかかわらず, Figure 4.11に示すように平底槽, 皿 底槽と球底槽に大きな動力数の差異が見られなかった. これは翼の取り付け位置を変化させても1ループで安 定していたためである. いずれの槽底形状においても翼を槽底近傍に設置した場合に最大の動力数を示した.
4.3.2.4 プロペラ翼を用いた場合
軸流型の代表翼として, 下方吐出のプロペラ翼について検討した. Figure 4.12に示すように平底槽, 皿底槽 と球底槽に大きな動力数の差異は見られなかった. ピッチドパドル翼も含めた軸流型の翼はフローパターン が槽底形状によらず変化しないため, 動力数に差異が現れないものと考えられる.
平底槽と球底槽を比較した場合, H=Dで液深さを定義したとき, 容積の差が問題となる場合も考えられるが, 今回の検討では, 撹拌翼の取り付け位置が動力数に及ぼす影響が大きいということを重視したことと, 球底部 分の邪魔板形状の定義が複雑になることを避けるために直線部の邪魔板設置と限定している.
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