テーマ

流動・攪拌

研究機関名

佐世保工業高等専門学校、機械制御工学科、流体研究室

代表者名

中島　賢治

発表概要文

食品製造における混合工程の効率化は、製品品質の均一化と製造コスト削減に直結する重要な課題である。本研究では、駆動部を持たず省エネルギー性に優れた「スタティックミキサー」に着目し、その性能を実験計測（レーザー計測）と数値解析（シミュレーション）の2つのアプローチから評価した。 1. 実験計測：レーザー光による混合状態の定量評価　本パートでは、フォトメータ（光度計）を用いた独自の計測システムにより、混合性能を「分離度（D）」という指標で数値化した。 • 計測原理： レーザーダイオードから発信された光が混合液を通過する際の透過度変動を、ソーラパネルで受光して電気信号に変換する。この信号を二乗平均平方根（RMS）処理し、無次元化することで混合の度合いを算出する手法である。 • 計測結果と改善： 実験の結果、エレメント未挿入時の分離度Dが「0.56」であったのに対し、エレメント挿入時は「0.04」まで改善され、混合性能が客観的に証明された。また、実務上の知見として、流体中の気泡が測定のバラツキ（ノイズ）の原因となることを特定した。装置を改良して気泡を削減したところ、測定精度が向上しただけでなく、混合度そのものも3%以上向上するという結果を得た。 2. 数値解析：シミュレーションによる形状の最適化　本パートでは、SolidWorksおよびANSYS fluentを用い、より高効率な混合を実現するエレメント形状を導き出した。 • 解析手法： 異なる温度（20℃と100℃）の水を流入させ、混合後の温度分布が理想的な熱平衡状態（60℃）にどれだけ近づくかを検証した。 • 解析結果： 形状比較において、「節無し」のエレメント形状が「節あり」よりも混合性能に優れることが判明した。さらに、エレメントの個数を6個、8個、10個と増やしていくことで、出口温度の誤差が段階的に縮小し、性能が向上することをシミュレーションにより確認した。 3. 今後の方針　本会へ参加することで、スタティックミキサーの食品機械への応用展開、特に、高粘性流体や擬塑性流体、粉体（顆粒）などの原料混合に対する需要があるのか、調査したい。