水ジェットキャビテーションによる 有機物分解効率の向上に向けた基礎研究 2002年12月26日 工学部 システム創成学科 環境・エネルギーシステムコース4年 中塚 史紀
発表の概要 本研究の背景 本研究の目的 衝撃力の測定 気泡核数密度の測定 溶存酸素量の測定 ビフェニルの分解実験 今後の課題
本研究の背景 キャビテーションは流体機器への損傷や機能低下をもたらすなど、通常は起こってほしくないものである。 一方金属加工や材料の改質に利用され、近年滅菌や有害物質の分解にも応用できないかと研究が進んでいる。
本研究の目的 水ジェットキャビテーションを有害物質の分解に応用するにあたり、分解効率にどのようなパラメータが影響を与えるのかはわかっていない。 衝撃圧、気泡核数等の計測により各パラメーター相互の関係を見出し、キャビテーションによる有機化合物分解の構造を解明する。また分解効率を向上させる。
衝撃力の測定 硬球落下法によるキャリブレーションを行った 跳ね上がった高さから硬球がセンサに与えた力積を求め、センサから出た波形と比較する
衝撃力の測定 (衝撃力センサ 検量線）
衝撃力の測定 （測定結果 小径ノズル 閉鎖型30分回流時） 衝撃力の測定 （測定結果 小径ノズル 閉鎖型30分回流時）
衝撃力の測定 （ヒストグラム 小径ノズル 閉鎖型） 衝撃力の測定 （ヒストグラム 小径ノズル 閉鎖型）
衝撃力の測定 （小径ノズル 閉鎖型） ・回流時間が長くなるとピークが小衝撃力側に移動する ・レイリー分布
衝撃力の測定 （ヒストグラム 小径ノズル 自由表面有り） 衝撃力の測定 （ヒストグラム 小径ノズル 自由表面有り） ・回流時間による分布の変化は見られなかった。
衝撃力の測定 （パワースペクトル 小径ノズル 閉鎖型） 衝撃力の測定 （パワースペクトル 小径ノズル 閉鎖型） 240分回流後 4500Hz付近にピーク 6000Hz 4500Hz 30分回流後 6000Hz付近にピーク
衝撃力の測定 （１ピークあたりの衝撃力平均 小径 閉鎖型） 衝撃力の測定 （１ピークあたりの衝撃力平均 小径 閉鎖型）
気泡核数密度の測定 （小径ノズル 閉鎖型・自由表面有り） 気泡核数密度の測定 （小径ノズル 閉鎖型・自由表面有り） ・衝撃力の1ピークあたりの平均の経時変化と同じ挙動を示す。
溶存酸素量の計測 （小径ノズル 閉鎖型）
ビフェニルの分解実験 ビフェニル ベンゼン環が2つ結合したもの。 ダイオキシン類の一種であるコプラナー(平面構造を取れる）PCBの母核である。 飽和蒸気圧が８．９３×１０-３ mmHgである半揮発性物質。 ビフェニルの構造式
ビフェニルの分解実験 ガスクロマトグラフ検量線 2.5,5,10,20,40 μMの5種類の濃度の標準溶液を用いた。
ビフェニルの分解実験 (小径ノズル 閉鎖型 ＊掛川氏提供） ビフェニルの分解実験 (小径ノズル 閉鎖型 ＊掛川氏提供） 吐き出し圧力約45MPa
ビフェニルの分解実験 （小径ノズル 自由表面有り） ビフェニルの分解実験 （小径ノズル 自由表面有り） 吐き出し圧力約26MPa
ビフェニルの分解実験 (大径ノズル 閉鎖型） ビフェニルの分解実験 (大径ノズル 閉鎖型） 吐き出し圧力約30MPa
ビフェニルの分解実験 （大径ノズル 自由表面有り） ビフェニルの分解実験 （大径ノズル 自由表面有り） 吐き出し圧力約22MPa
ビフェニルの分解実験 考察 回流開始後60分までの分解率は吐出し圧力に大きく依存。 22~26MPa付近に閾値か？ 60分以降急激に分解効率が減少する。これは気泡核数の経時変化に関係する可能性がある。
ビフェニルの分解実験 考察 小径ノズルを用いた際の閉鎖型、自由表面有り試験部の分解効率の比較から、水を回流させると何らかの変化が生じ、分解が起きにくくなると予想できる。
今後の課題 分解実験を引き続き行う ・長時間試験 ・0.6mm径ノズルでの試験 ・キャビテーションを起こさない回流試験 瞬間の分解率を求める方法を考える 吐出し圧力に影響を与えない形で気泡核の制御を行う