レオロジーとニュートン流体について / 汚泥乾燥機, スラリー乾燥機, ヒートポンプ汚泥乾燥機

レオロジー（英語: rheology）とは、物質の変形および流動一般に関する学問分野である。日本語では「流動学」とも呼ばれる。レオロジーという用語は、ヘラクレイトス（異説もあり）の有名な言葉 “panta rhei “「万物は流転する」による造語で、ユージン・ビンガム（1920年）による。
適用範囲は広く、大きさ的に見れば分子サイズから宇宙サイズまで、様々な大きさでの議論がある。基本的に物体間での作用を議論する学問であるため、ニュートン力学の範囲で議論される。

出典：Wiki レオロジー

レオロジーとは、1929年にビンガムが「物質の変形と流動に関する科学」と定義しました。これは固体、液体及び気体の流動あるいは変形に関する科学のことです。弾性、塑性、粘性等が対象となります。
流体の粘度、粘性では、ニュートン流体と非ニュートン流体の2種類に区別されます。

ご参考 / 下記にビンガムが1929年に最初にレオロジー学会を開催したと記載がありました。https://www.jstage.jst.go.jp/article/rheology1973/21/4/21_192/_pdf

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ニュートン流体（ニュートンりゅうたい、英: Newtonian fluid）は、流れのせん断応力（接線応力）と流れの速度勾配（ずり速度、せん断速度）が比例した粘性の性質を持つ流体のこと。この流れのことをニュートン流動と言う。
比例関係が成立した粘性率は、流体の種類によって固有の物性値であることが表される。これをニュートンの粘性法則と言う。

出典：Wiki ニュートン流体

水、オイル等流体は、外からの力、外力が加わっている間は変形し続け止まらず、流動が起き停止しません。その流体の動き方、流動は流体の物質により異なります。例えば、サラサラした水とドロドロしたオイルの粘性が異なる液体では流動が大きく異なります。
流体の流動特性が、ニュートンの粘性法則に従う流体をニュートン流体、それ以外を非ニュートン流体と定義付けられています。
水やオイルなど不純物が含まれない流体は、流れのずり応力（せん断応力）とずり速度（せん断速度）が比例関係にあり、殆どがニュートン流体です。
ニュートン流体は流体の下記式で表されます。
ｓ＝ηＤ （ｓ：ずり応力、η：ニュートン粘度、Ｄ：ずり速度）

■ ずり、ずり変形
ずりは物体の形が変わるが体積は変化しない変形を指します。

■ ずり応力（せん断応力）

せん断応力（剪断応力、せんだんおうりょく、shear stress）とは、物体内部のある面と平行方向に、その面にすべらせるように作用する応力のことである。シヤー応力とも。物体内部の面積{\displaystyle A}のある面に平行方向のせん断力{\displaystyle T} が作用している時、Aに作用する平均的な剪断応力{\displaystyle \tau } は{\displaystyle \tau =T/A}で表される。剪断応力は運動量の輸送である。

出典：Wiki せん断応力

■ずり速度（せん断速度）

ひずみを与える時間的変化、速度の大小を示します。ずり変形の時間的変化を表すものです。他に「せん断速度」「速度勾配」とも言われています。

■ ひずみ

ひずみ（英: Strain）は、連続体力学における物体の変形状態を表す尺度であり、物体の基準（初期）状態の単位長さあたりに物体内の物質点がどれだけ変位するかを示す。

出典：Wiki ひずみ

画像出典：Newtonian fluid

乾燥装置 KENKI DRYER の国際特許技術の一つが Steam Heated Twin Screw technology （SHTS technology）でセルフクリーニング機構です。この機構はどこもできないどんなに付着、粘着、固着する乾燥対象物でも独自の構造で機械内部に詰まることなく乾燥できます。
例えば乾燥対象物が羽根に付着したとしても、その付着物を乾燥機内の左右の羽根が強制的に剥がしながら回転します。どんなに付着、粘着、固着性がある乾燥物でも左右の羽根が剥がしながら回転するため羽根に付着することなく、そして停止することなく羽根は常に回転し続け、剥がし、撹拌、加熱乾燥を繰り返しながら搬送されます。又、常に羽根の表面は更新され綺麗なため羽根よりの熱は遮るものなく乾燥物にいつも直接伝えることができます。どこも乾燥ができない付着、粘着性が強い物あるいは原料スラリー等の液体状に近い状態で投入したとしてもこのテクノロジーで全く問題なく確実に乾燥ができます。このSHTSテクノロジーは約７年以上を経て完成させており国内はもとより海外でも特許を取得、出願しております。
又、水処理脱水後の有機汚泥等の乾燥では凝集剤の影響を受け乾燥中に大きな塊になりやすく、乾燥後大きな塊で排出された場合、表面のみ乾燥し内部には水分をかなり含んだ状態で排出される場合が多々あります。しかしこのテクノロジーでは乾燥対象物が、左右の羽根あるいは羽根とトラフ、ケースで接触する際に強制的にせん断、引きちぎられます。乾燥対象物は羽根に付着した際は強制的に剥がされ、その上せん断、引きちぎられながら攪拌が繰り返し行なわれながら加熱されるため、乾燥工程が進むうちに乾燥対象物は次第に小さくなっていきます。乾燥対象物は小さくなればなるほど内部まで熱が十二分に伝わり、行き渡り安定した品質の乾燥物となります。熱源には飽和蒸気を使用した低温での乾燥のため乾燥対象物が炭化する焦げるあるいは焼きむら等は発生せず、乾燥後は安定した良好な品質で排出されます。

セルフクリ－ニング

昨今、KENKI DRYER に求められる内容に二酸化炭素CO² の削減があります。ヒートポンプ自己熱再生乾燥機 KENKI DRYER であれば、二酸化炭素CO² が大量に削減ができる上、燃料費も大幅な削減が可能になるでしょう。
どこもできない付着物、粘着物が乾燥できる KENKI DRYER は、日本 2件、海外7ケ国 9件の特許を取得済み独自技術を持つ画期的な製品です。高含水率有機廃棄物乾燥機、汚泥乾燥機、スラリー乾燥機、メタン発酵消化液乾燥機及び廃棄物リサイクル乾燥機に是非 KENKI DRYER をご検討下さい。

蒸気（飽和蒸気）でのヒートポンプ自己熱再生乾燥機 KENKI DRYER とは、乾燥熱源である蒸気を利用した自己熱再生乾燥システムです。
蒸気ヒートポンプの工程は、KENKI DRYER で加熱乾燥に利用した蒸気を膨張弁での断熱膨張により圧力は低下し、蒸気内の水分は蒸発、気化し周辺の熱を吸収し蒸気温度は下降します。その蒸気を次の工程の熱交換器で熱移動することによりさらに蒸発、気化させ蒸気圧力を低下させます。十分に蒸発、気化が行われ圧力が下げられた蒸気は次の圧縮工程へ進みます。
圧縮工程の圧縮機で蒸気を断熱圧縮を行うことで、圧力は上昇しそれに伴い凝縮、液化し温度は上昇します。その蒸気の水分を除去した上で KENKI DRYER へ投入します。KENKI DRYER はその投入された蒸気を熱源として利用、加熱乾燥という熱移動を行うことで、蒸気はさらに十分に凝縮、液化され膨張弁へ進みます。この工程を繰り返します。

ヒートポンプ乾燥機

乾燥装置 KENKI DRYER の特徴ある独自の乾燥の機構も国際特許技術です。粉砕乾燥、撹拌乾燥、循環乾燥そして間接乾燥 と言った４つの乾燥機構が同時に乾燥対象物に対し加熱乾燥動作を絶え間なく繰り返し行われることにより乾燥対象物の内部まで十分に乾燥され乾燥後の製品の品質が一定です。乾燥対象物投入時から乾燥後排出まで乾燥対象物の乾燥が不十分になりやすい塊化を防ぎ、乾燥対象物の内部まで熱が十二分に行き渡るよう様々な工夫がなされており常に安定した加熱乾燥が行われています。
熱源が飽和蒸気のみの伝導伝熱式での乾燥方式でありながら、外気をなるべく取り入れない他にはない独自の機構で乾燥機内の温度は、外気温度に影響されず常に高温で一定に保たれています。それは外気を取り入れない特徴ある独自の乾燥機構で内部の空気をブロワ、ファンで吸い込み乾燥機内部の上部に設置されている熱交換器で加熱し、その加熱された空気熱風をせん断、撹拌を繰り返しながら加熱搬送されている乾燥対象物へ吹き付け当てています。わざわざ熱風を起こしそれを乾燥対象物へ吹き付け当てているのですが、外気を取り入れそれを加熱するのではなく乾燥機内部の高温の空気をさらに加熱しながら乾燥対象物へ当て乾燥を促進しています。洗濯物が風でよく乾くという乾燥機構を取り入れ熱風対象物に熱風を当てることによる熱風乾燥です。今内容により、KENKI DRYERは乾燥の熱源は飽和蒸気のみながら伝導伝熱と熱風対流伝熱併用での他にはない画期的な乾燥方式での乾燥機と言えます。

乾燥機構

国際特許