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東北大学大学院工学研究科化学工学専攻 〒9808579 仙台市青葉区荒巻字青葉07Department of Chemical Engineering, School of Engineering, Tohoku University, Aoba-yama 07, Sendai 9808579, Japan(E-mail: nonaka＠pse.che.tohoku.ac.jp)

Fig. 1 Fluidization of a bed of solid particles (Polystyrenebeads).

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日本マイクログラビティ応用学会誌 Vol. 18 No. 3 2001 (197204)

原著論文

固体粒子層の流動化特性に及ぼす重力の影響

野中 利之・鈴木 睦

EŠect of Gravity-level on Fluidization Characteristicsof a Bed of Solid Particles

Toshiyuki NONAKA and Mutsumi SUZUKI

Abstract

Fluidized bed has been widely used in many processes of petroleum, chemical and electric-power industries. In thebed, solid particles are ‰uidized by the ‰ow of gas or/and liquid. The ‰ow patterns in the bed are strongly aŠected bygravity-levels against drag forces. Minimum velocity for ‰uidization is one of the basic hydrodynamic characteristics ofthe bed. The behavior of a ‰uidized bed under various gravity-levels was observed using our high-gravity generator (1～10 0). The eŠect of gravity-level on minimum ‰uidization velocity of a two-dimensional gas-solid ‰uidized bed was in-vestigated. The experimental results were compared with previous works under normal gravity-level. For some kinds ofparticles categorized in group-A of the Geldart map under normal gravity-level, the values of minimum ‰uidizationvelocity approached those of minimum bubbling ‰uidization velocity as gravity level was higher. The experimental dataof minimum ‰uidization velocity versus gravity-level (4.8＜Ar＜875) was in good agreement with the correlations whichhave been proposed for the data under normal gravity-level.

. は じ め に

固体粒子を充填した固定層（静止状態の固体粒子層）に

おいて，層の下部から流体（気・液体）を流通させてゆく

と，ある流量以上にて固体粒子層の粒子は装置内を浮遊懸

濁し，あたかも流体のように振る舞う．このような固体粒

子層の状態は，流動化状態1)と呼ばれる．流動化状態で

は，液体の沸騰現象のごとく固体粒子層の中を気泡が上昇

する挙動（Fig. 1 参照）が観察される．

流動層は，流動化状態を利用した装置であり，固体粒子

を流体のように取り扱えるため，粒子のハンドリングが比

較的容易に行えること，層内の有効熱伝導度が高いため発

熱反応を行っても Hotspot が生じず層内温度を均一に保持

できること，等の利点がある．よって，石油の接触分解，

石炭燃焼ボイラーや粉粒体乾燥装置，バイオリアクター

等，工業的に幅広い分野において利用されている24)．

さらに，宇宙環境下での流動層の利用を目指した研究も

行われている．例えば，月の表面土に豊富に含まれるイル

メナイト鉱石を流動層内で還元反応させ，月面で水を化学

合成するプロセスが検討されており5)，航空機（KC135）

による低重力（1/6 G, G＝9.80 m/sec2）環境下での流動化

状態が観察されている．微小重力環境下においても，遠心

流動層の利用を提案した研究6)や流動層のみかけ粘度を測

定した研究7)が報告されている．

固体粒子層の流動化のみならず，粉体輸送，混合等にお

ける粒子の流動挙動は，重力に大きく影響される．しか

し，連続の式や Navier-Stokes の式が適用できる流体解析

の場合とは異なり，理論式および物性値だけを用いた固体

粒子の流動解析は一般的に容易ではなく，現実的には既往

の実験に基づく経験的な相関式等を導入せざるを得ない場

合が多い．それゆえ，地上以外の重力環境での挙動を把握

するためには，その重力環境における実験を欠かせない．

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Fig. 2 Two-dimensional gas-solid ‰uidized bed.

Fig. 3 Experimental apparatus.

Table 1 Physical properties of particles used

Particles rp[kg・m－3]

dp[m]

Glass 2.50×103 1.12×10－4

7.79×10－5

5.81×10－5

Acrylic 1.32×103 6.39×10－5

4.67×10－5

Polystyrene 1.06×103 6.17×10－5

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しかし，気液二相流等の多相系流体挙動の研究と比較する

と，宇宙環境を想定した固体粒子の流動挙動に関する既往

の報告は少なく，工業技術院北海道工業技術研究所による

一連の研究8)が特筆されるにすぎない．

空気中の固体粒子には，重力の他に付着力（分子間力・

毛管力・静電気力）が作用し，粒子の流動や固定層の構造

（粒子の充填状態）に影響を及ぼす9)．よって，地上重力，

微小重力に加えて，重力加速度をパラメータとした低・高

重力環境下の実験を行えば，重力の影響の他に，付着力の

影響を間接的に評価できると考えられる．この観点で，地

上重力環境下で構築されてきた粉体工学・流動層工学を見

直すことは，宇宙環境下の粉体技術の基盤を構成するうえ

でも重要である．

本報では，可変重力環境下における固体粒子の流動化に

及ぼす重力の影響について，特に最小流動化速度と重力レ

ベルの関係に焦点をあて，回転式高重力場発生装置10)を用

いて観察し，地上重力環境を対象とした既往の理論を再検

討した．

. 実 験

. 二次元流動層

固体粒子層の流動化の挙動を観察するため，常温常圧の

コールドモデルとして二次元固気流動層を使用した．Fig.

2 に二次元流動層本体の概略図を示す．本体はアクリル樹

脂で，本体上部が流動観察部，下部が整流部である．流動

観察部の断面形状は矩形（横幅100 mm，奥行10 mm）で

あり，流動化のための固体粒子が固定層（静止状態の固体

粒子層）として約 7 cm の高さまで充填される．流動観察

部の上部は，固体粒子の飛出しを防止するための金網を通

して外気と接触している．また，流動観察部の内壁には静

電気の発生を防止するための帯電防止剤が塗布されている．

本体下部の整流部は，流路長を確保するため，L 字型と

なっており，ガラスビーズ（径 1 mm）が整流を目的とし

て充填される．流動化のための流体（気体）は，2 本のパ

イプを通して外部から供給される．

流動観察部と整流部は，分散板とフランジにより接続さ

れ，シリコンゴムシートが漏れ防止のために挟まれてい

る．分散板は，流体の整流ならびに粒子層の落下防止のた

めのもので，ブロンズ製焼結板（SMC 社，厚さ 3 mm，

公称ろ過精度20 mm）を用いた．

. 流動化実験装置

Fig. 3 に測定系も含めた流動化実験装置の概略図を示

す．流動化のための気体は，ガスボンベからマスフローコ

ントローラ（STEC 社，SEC400MK3）にて所定の流量

に調整され，流動層本体下部の整流部に供給される．

固体粒子層の圧力損失は，整流部および流動観察部上部

の圧力タップに接続された差圧型の圧力トランスデュー

サー（コパル電子社，P3000S501D02）によって測定さ

れる．また，固体粒子層の流動化状態は小型 CCD カメラ

（ELMO 社，MN401）を用いて観察した．実験条件は，

常温常圧である．

. 固体粒子・気体

流動化実験に使用した固体粒子を Table 1 に示す．ガラ

スビーズは，トウシン理工社製である．アクリル粒子およ

びポリスチレン粒子は，綜研化学社製（MR, SGP タイプ）

である．

各粒子の粒子径は，光学顕微鏡（オリンパス社，CK2

TRC2）およびプロジェクタ（ニコン社，Model6C）よ

り光学的に測定した．各粒子の粒子径分布を Fig. 4 に示

す．計測個数は，いずれも500個である．平均粒子径 dp

[m]の算出には，体面積平均径を用いた．なお，観察結果

から，いずれの粒子も形状が球形であった．各固体粒子の

密度 rp[kg/m3]は，液体置換法により測定した．

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Fig. 4 Particle size distributions.

Fig. 5 Geldart map.

Fig. 6 Typical ‰uidization curves (glass beads, dp＝112 mm, 10).

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固体粒子層の流動化特性に及ぼす重力の影響

日本マイクログラビティ応用学会誌 Vol. 18 No. 3 2001

流動化のための気体には窒素を使用した．

. Geldart マップによる流動化特性の分類

Fig. 5 に Geldart マップ11)を示す．このマップは，平均

粒子径と粒子―流体間の密度差をパラメータとし，地上重

力環境下，常温常圧における固体粒子層の流動化特性を分

類したものである．rf[kg/m3]は，流体（窒素ガス）の密

度である．本実験で使用した粒子を同図中にプロットする

と，グループ A, B に分類される．

一般にグループ A に分類される粒子は，流動開始後に

あるガス流量まで粒子層が均一に膨張し（均一流動化），

さらにガス流量が増加すると粒子層内に気泡の発生（気泡

流動化）が観察される．一方，グループ B に分類される

粒子は，流動開始後での粒子層の膨張がほとんどみられず

（均一流動化状態が存在しない），ただちに気泡流動化状態

となる．よって，最小流動化速度と気泡流動化状態の開始

速度（最小気泡流動化速度）がほぼ等しくなる．

. 最小流動化速度・最小気泡流動化速度の測定

固体粒子層を気体が通過して生じる圧力損失 DP[Pa]と

ガス流量（空塔速度 u[m/sec]基準）の関係の例（地上重

力環境，ガラスビーズ，平均粒子径112 mm）を Fig. 6 に

示す．空塔速度は，ガス流量を装置断面積で除して求めら

れる空塔基準のガス流速である．静止状態の固体粒子層で

は，粒子の間隙を通過する気体の流量増加につれて圧力損

失も増加する．あるガス流量にて，固体粒子層の重量と圧

力損失が釣り合うと，固体粒子層は流動化（層膨張・気泡

発生）状態に遷移し，それ以上のガス流量で圧力損失はほ

ぼ一定の値を示す．

最小流動化速度 umf[m/sec]は，固体粒子層をあらかじ

め流動化させた後に，ガス流量を徐々に減少させて圧力損

失を測定し，圧力損失と空塔速度の両対数グラフの折点に

おける空塔速度から求めた．最小気泡流動化速度 umb[m/

sec]は，層高が小さくガス流量を増加させた場合の層膨張

率の正確な測定が容易でないため，ガス流量を徐々に減少

させた場合の粒子層表面の流動状態を観察し，表面流動が

静止状態となる空塔速度から求めた．

. 空隙率の測定

層高 L[m]は，流動層本体に貼りつけたスケールの値を

ビデオ画像から読み取り，左右の高さを平均して算出し

た．空隙率 e[－]は，次式を用いて求めた．

rp(1－e)＝WAL

(1)

ここで，W[kg], A[m2]は，それぞれ固体粒子層全体の

質量，断面積（100 mm×10 mm）である．

. 高重力実験

Fig. 3 に示した実験装置を研究室所蔵の回転式高重力場

発生装置10)に搭載し，高重力（1～10 G）環境下での固体

粒子層の流動化実験を行った．

回転式高重力場発生装置では，アーム（全長1.8 m）の

両端に試料室およびカウンターウエイトが取りつけられて

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いる．アームが回転すると，試料室とカウンターウエイト

は，遠心力によって外側に振り出されるため，地上重力と

遠心力の合力が試料室の底面に垂直に作用し，人工的な高

重力環境が試料室内に実現される．

なお，窒素ガスは，マスフローコントローラを経由し

て，回転式高重力場発生装置の外部から供給される．圧力

損失の電圧信号は，回転軸上部に取りつけられたスリップ

リング（明清電気社，3TB q50 8P）を通して測定される．

固体粒子層の流動化挙動は，トランスミッター（SANKO

社，UHF wireless TV, SX200DX）を用いて，高重力場発

生装置外部に設置された TV モニターからリアルタイムで

観察可能である．よって，最小流動化速度・最小気泡流動

化速度は，地上における操作手順と同様に流動状態を観察

しながら測定した．

. 結果および考察

. 最小流動化速度に及ぼす重力の影響

.. 既往の最小流動化速度の推算式

最小流動化速度の推算式は，粒子層を通過する圧力損失

DP[Pa]と重力との釣り合いに基づき導出される12)．流動

化開始状態では，次式が成り立つ．

DPLmf

＝(1－emf)(rp－rf) (2)

ここで，emf[－], Lmf[m]は，それぞれ最小流動化時に

おける空隙率，層高である．最小流動化速度の推算は，圧

力損失を表す式の選択と最小流動化時における空隙率の評

価に帰着され，最小流動化速度 umf における Reynolds 数

Remf[－]と重力加速度 [m/sec2]を含む Archimedes 数 Ar

[－]の関係を表す式となる．各無次元数は，次式で定義

される．

Remf＝dprfumf

mAr＝

d 3prf(rp－rf)

m2 (3)

m[Pa・s]は，気体（窒素ガス）の粘度である．

Wen-Yu の式13)，Nakamura の式14)

Archimedes 数に関係なく空隙率 emf を一定とする式であ

り，圧力損失式に Ergun の式を使用する場合，

DPLmf

＝1－emf

qsdpe3mf (150

(1－emf)mumf

qsdp＋1.75rfu2

mf) (4)

より，次式が導出される．ここで，qs[－]は，粒子の形

状係数である．

1.75qse3

mfRe2mf＋

150(1－emf)

qs2e3

mfRemf＝Ar (5)

Wen13)らは，emf, qs を含む項に対して，種々の固体粒子

に対する流動化実験の結果から次の相関式を得た．

1qse3

mf＝14

(1－emf)

qs2e3

mf＝11 (6)

以上から，Wen-Yu の式が導出される．

Remf＝ (33.7)2＋0.0408Ar－33.7 (7)

また，Nakamura14)らは，球形粒子（qs＝1）に対し，実

験結果から最小流動化時の空隙率 emf を評価し次式を得た．

Remf＝ (33.95)2＋0.0465Ar－33.95 (8)

粘性支配領域（Ar＜1.9×104）では，Re2mf の項を無視で

きる15)ので次式となる．

Remf＝Ar/1650 （Wen-Yu の式） (9)

Remf＝Ar/1460 （Nakamura の式） (10)

Chen-Pei の式16)

Chen ら16)は，小粒子径の固体粒子（2＜Ar＜2×104）に

対して次の相関式を得た．

qs2e2

mf

1－emf＝0.54Ar－0.11 (11)

また，Ergun の式中の流速 umf の 2 乗項を無視した圧力

損失式（Blake-Kozeny の式）から次式が導出される．

Remf＝e3

mf

150(1－emf)Ar (12)

(11)式から emf を求めると Remf を得る．

Leva の式17)

Ergun の式の代わりに，Fanning 型の式18)を用いると次

式を得る．

2f′(rfu2mf

dp )(1－emf

qs )3－n′1

e3mf＝(1－emf)(rp－rf) (13)

ここで，f′[－], n′[－]はそれぞれ摩擦係数および指数

である．Leva は Re＜10の領域で次式を用いた17)．

f′＝100Remf

n′＝1.0 (14)

よって，次式が成り立つ．

Remf＝qs

2e3mf

200(1－emf)Ar (15)

Leva17)は，既往の流動化実験の結果から，Remf＜5 の領

域での相関式を求め，次式を得た．

qs2e3

mf

200(1－emf)＝0.0007Re－0.063

mf (16)

Remf＝(0.0007Re－0.063mf )Ar (17)

Leva の式は，Ar 数の小さい領域で Wen-Yu の式よりも

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Fig. 7 Relationship between Ar and Remf under various gravity-levels.

Fig. 8 Relationship between Ar and Remf under various gravity-levels.

Fig. 9 Relationship between Ar and Remf under various gravity-levels.

Fig. 10 Relationship between Remf and Cmf(＝Remf/Ar) undervarious gravity-levels.

Fig. 11 Relationship between Remf and Cmf(＝Remf/Ar) undervarious gravity-levels.

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固体粒子層の流動化特性に及ぼす重力の影響

日本マイクログラビティ応用学会誌 Vol. 18 No. 3 2001

高精度であることが報告されている19)．

.. 実測値との比較

Figs. 7, 8, 9 に可変（地上・高）重力環境下での各固体

粒子層の最小流動化速度の実測値と推算式による予測値を

示す．横軸，縦軸は，それぞれ重力レベル（1～10 G）お

よび最小流動化速度を変数とする無次元数（Archimedes

数，Reynolds 数）で図示した．

実測値（4.8＜Ar＜875）は推算式の適用範囲に含まれて

おり，Nakamura の式，Leva の式の推算値が良好である

ことがわかった．

Remf の推算精度は，emf の推算精度に帰着される．既往

の地上重力環境下における Cmf(≡Remf/Ar)の実測値17,20)

（0.001＜Remf＜1）は，5～15×10－4 の範囲内で，ばらつき

ながら低下する．可変重力環境下での実測値を Figs. 10,

11 に示す．両対数グラフ中の Cmf と Remf の関係を最小自

乗法を用いて決定すると次式が得られる．

Cmf＝5.7×10－4 Re－0.109mf (18)

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Fig. 12 Relationship among umf, umb and Ar under variousgravity-levels.

Fig. 13 Relationship among emg, emb and Ar under variousgravity-levels.

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この式は，地上重力環境下の Leva 式や白井の結果20)

（Cmf＝6.05×10－4 Re－0.0625mf , Remf＜1）に近い．また，Figs.

10, 11の Cmf のばらつきを考えると，本実験範囲に限れば

地上重力環境下の式をそのまま可変重力環境下に対しても

適用できると判断される．

. 高重力環境下における流動化特性の遷移（グルー

プ A から B の遷移）

.. Geldart マップによるグループ A から B の遷

移11)

Geldart マップ（Fig. 5）の縦軸である粒子・流体間の

密度差は，流体に対する粒子の浮力の効果を表す．ゆえ

に，重力環境が異なれば，固体粒子は別のグループに遷移

することが考えられる．

Geldart11)は，グループ A と B の遷移条件として最小気

泡流動化速度 umb[m/sec]の推算式

umb＝kmbdp (19)

（ここで，kmb＝100[1/sec])と最小流動化速度 umf の推算式

umf＝d 2

p(rp－rf)

1250 mair(20)

を等値（umb＝umf）し，さらに地上の重力加速度と空気の

粘度 mair[Pa・s]の物性値を代入し，

r(rp－rf)dp＝0.22[kg/m2] (21)

ここで，r＝/G である．

グループ A と B の領域を分割する境界線（ r＝1，Fig.

5 実線）とした．

(21)式の境界線を判定基準とすると，グループ A のア

クリル粒子（平均径47，64 mm），ポリスチレン粒子（平

均径62 mm），ガラスビーズ（平均径58，78 mm）の粒子層

は，それぞれ3.6, 2.6, 3.4, 1.5, 1.1 G 以上の重力レベルで

グループ B の領域への遷移が予想される．

.. 実測値（流動化速度・空隙率）との比較

可変（地上・高）重力環境下での各粒子層の最小流動化

速度 umf，最小気泡流動化速度 umb の実測値を Fig. 12に示

す．また，Fig. 13に最小気泡流動化時の空隙率 emf，最小

気泡流動化時の空隙率 emb の実測値を示す．グループ B

（平均径112 mm）の粒子も含め，ガラスビーズの umb は，1

～2 G で umf よりもわずかに高く，3～4 G 以上でほぼ等し

い値となっている．なお，ガラスビーズの emb，emf は，お

互い良く一致しており，粒径および重力レベルによる違い

もほとんど見られない．ポリスチレン粒子の umb は，1～2

G で umf よりもかなり高いが，重力レベルの増加とともに

接近し，5 G 以上でわずかに高めだがほぼ等しくなってい

る．ポリスチレン粒子の emb と emf の関係は，umb と umf の

関係と同様な傾向を示し，6 G 以上で emf の値がほぼ一定

になっている．アクリル粒子は，重力レベルに関係なく

umb が umf よりも高めの値になっている．アクリル粒子の

emb と emf の関係も umb と umf の関係と同様な傾向を示すが，

emf の値はそれぞれ 5 G（平均径47 mm），3 G（平均径64

mm）以上でほぼ一定になっている．

ガラスビーズやポリスチレン粒子の実測値に対するグ

ループ A から B の遷移条件（umb≒umf）は，Geldart によ

るグループ A, B の境界線から予測される結果に定性的に

一致する．アクリル粒子の umb が umf に接近しないのは，

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Fig. 14 Relationship among ue, ue and Ar under variousgravity-levels.

Fig. 15 Relationship among ue, ue and Ar under variousgravity-levels.

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固体粒子層の流動化特性に及ぼす重力の影響

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部分流動化状態21)に起因していると考えられる．なお，

emf がほぼ一定値を示す領域で比較すると，アクリル粒子

も境界線による予測値と定性的に一致している．高重力実

験（1～10 G）の範囲が狭く，Geldart マップのグループ

A, B の境界線自身もおおまかな基準であるが，本実験に

限れば(21)式は可変重力環境下にも適用できると判断され

る．

.. Foscolo らの物理モデルによるグループ A から

B の遷移22)

Foscolo ら22)は，均一流動化状態の粒子層（粒径均一）

に対して，粒子間に作用する力（浮力・抗力）をスプリン

グで表現した 1 次元モデルを考え，層内を伝播する 2 つの

波の伝播速度の大小関係からグループ A, B の境界条件の

式に相当する式を得た．

粒子間の相互作用の伝播速度として，弾性波の伝播速度

ue[m/sec]は，次式

ue＝ &p/&rb (22)

で与えられる．ここで，rb [kg/m3], p [Pa]は，それぞれ

層の密度，粒子層底部に作用する圧力である．層内の 1 粒

子に作用する力 F[Pa]を用いると，次式が成り立つ．

dp＝NsdF/A (23)

Ns は，層底部の粒子数であり，次式で与えた．

Ns＝4(1－e)A

pd 2p

(24)

よって，ue は，

ue＝4(1－e)A

pd 2p

&F&rb

(25)

となる．F, rb は，それぞれ次式で与えた．

F＝Fdt(uut)

4.8/n

e－3.8－pd 3

p

6(rp－rf)e (26)

rb＝(1－e)rp (27)

ここで，ut [m/sec], Fdt [N], n [－]は，それぞれ単一粒

子の終末速度，ut における抗力，Richardson-Zaki の式（u

＝uten）の指数である．また，次の関係を用いると，ue が

得られる．

&F&rb

＝&F&e/

&e&rb

(28)

ue＝ 3.2dp(1－e)rp－rf

rp(29)

粒子層中を空隙率の変動が伝播する速度 ue[m/sec]は，

次式となる．

ue＝(1－e)&u&e

(30)

Richardson-Zaki の式を代入すると，ue が得られる．

ue＝nut(1－e)en－1 (31)

彼らは，ue が ue よりも速い場合，空隙率の不均一性が

気泡となって気泡流動状態が発生すると考えた．ue, ue の

値自身は，最小流動化速度 umf には直接関係しない．しか

し，Geldart マップにおけるグループ B の粒子層では，最

小流動化（e＝emf）直後に気泡流動化状態となるので，ue

＞ue の関係が成り立つ．一方，グループ A の粒子層の最

小流動化状態では，気泡が発生しないので，ue＜ue となる．

.. 実測値（流動化速度・空隙率）との比較

可変重力環境下，最小流動化時における伝播速度 ue, ue

を重力レベルを横軸として Figs. 14, 15に示す．ここで，

終末速度 ut は，Reynolds 数に応じて，Stokes, Allen の式

から算出した．指数 n については，球形粒子に対する相関

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日本マイクログラビティ応用学会誌 Vol. 18 No. 3 2001

式23)として，

n＝5.1＋0.28Ret0.9

1＋0.10Ret0.9(32)

で与えた（Ret は終末速度 ut における Reynolds 数であ

る）．また，最小流動化時の空隙率 emf は Fig. 13の実測値

を用いた．

アクリル粒子（平均径64 mm），ガラスビーズ（平均径

112, 78 mm）の粒子層は，1 0 でも ue が ue よりも大きい．

アクリル粒子（平均径47 mm），ポリスチレン粒子，ガラ

スビーズ（平均径58 mm）の粒子層は，それぞれ 3～4，4

～5，1 G 以上の重力レベルで ue＞ue となり，グループ B

の領域に遷移することが予想される．

この結果を最小流動化速度 umf・最小気泡流動化速度

umb，最小流動化 emf・最小気泡流動化時の空隙率 emb, Gel-

dart マップの A, B 粒子の境界線，それぞれに及ぼす重力

の関係と比較すると，ガラスビーズはやや低い値となる

が，ポリスチレン粒子の値はいずれも良く一致する．アク

リル粒子（平均径47 mm）の A, B 粒子の境界線と ue＞ue

の判定基準も一致するが，部分流動化によって emf の値が

高いため，emf の実測値がほぼ一定となる領域の値と比較

すると Foscolo らの理論値は低くなる．以上の結果から，

定性的ではあるが Foscolo らの理論による(29），（31)式に

よって高重力環境下におけるグループ B への遷移を表現

できることがわかる．

. 結 言

本報では，可変（地上・高）重力環境における固体粒子

層の流動化現象に及ぼす重力の影響について実験的に検討

した．

高重力発生装置を使用して，最小流動化速度を測定し

た．地上重力環境下で提案された既往の推算式が高重力環

境下にも拡張できることがわかった．また，地上での流動

化特性を示す Geldart マップや Foscolo-Gibilaro 理論が高

重力環境下にも拡張できることがわかった．

可変重力環境下における固体粒子層の挙動を定量的に解

析するためには，特に最小流動化領域における粒子層の膨

張挙動に注目した系統的な研究が必要である．定常的な微

小・低重力環境下での実験は，膨張等の挙動が顕著になる

ため，現象解明に有用な知見が得られると期待される．こ

れについては今後の検討課題としたい．

謝辞

実験装置の製作には，虎岩正直氏（東北大学工学部化

学・バイオ系学科木工場）の御協力を得た．流動化実験で

は，中尾整氏（東北大学大学院工学研究科，現在は積水化

学工業株），野村忠史氏（東北大学工学部，現在は日本化

学工業株）の助力を得た．ここに記して謝意を表す．

参 考 文 献

1) 白井 隆流動層，第 1 章，p. 14，科学技術社，金沢，

1958.2) 流動層ハンドブック，日本粉体工業技術協会編，堀尾正

靭，森滋勝監修，第1 章，p. 167，第3 章，p. 272，第

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221，朝倉書店，東京，1996.4) 流動層，化学工学会編，第 7 章，p. 165，第11章，p. 201，

槙書店，東京，1992.5) NHK 出版ザ・スペースエイジ 6，第 3 章，p. 79，日本放

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8)内に再録）．

7) S. I. Bakhtiyarov and R. A. Overfelt: Powder Tech., 99 (1998)53.

8) 北海道工業技術研究所報告，75 (2000).9) 微粒子工学，日本粉体工業技術協会編，第 2 章，p. 9，朝倉

書店，東京，1994.10) 野中利之，大浜康生，山下善之，鈴木 睦化学工学論文

集，24 (1998) 737.11) D. Geldart: Powder Tech., 7 (1973) 285.12) 流動層ハンドブック，日本粉体工業技術協会編，堀尾正

靭，森滋勝監修，第2 章，p. 51，培風館，東京，1999.13) C. Y. Wen and Y. H. Yu: AIChE J., 12 (1965) 610.14) M. Nakamura, Y. Hamada, S. Toyama, A. E. Fouda and C. E.

Capes: Canadian J. Chem. Eng., 63 (1985) 8.15) 流動層概論，千葉忠俊，吉田邦夫編，第 2 章，p. 44，朝倉

書店，東京，1996.16) P. Chen and D. C. T. Pei: Canadian J. Chem. Eng., 62 (1984)

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1958.19) N. S. Grewal and S. C. Saxena: Powder Tech., 26 (1980) 229.20) 白井 隆流動層，第 6 章，p. 74，科学技術社，金沢，

1958.21) 流動層ハンドブック，日本粉体工業技術協会編，堀尾正

靭，森滋勝監修，第2 章，p. 48, 1999.22) P. U. Foscolo and L. G. Gibilaro: Chem. Eng. Sci., 39 (1984)

1667.23) J. Garside and M. R. Al-Dibouni: Ind. Eng. Chem. Process

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（年月日受理，年月日採録）