層流、乱流とレイノズル数について / 汚泥乾燥機, スラリー乾燥機, ヒートポンプ汚泥乾燥機

■ 層流と乱流について

 

流体が流れている配管の圧力損失を求める際は、配管内の流体の流れ方を把握するのは重要です。その流体の流れには層流乱流があり、層流から乱流へ変わる際を遷移と言います。熱交換器では圧力損失が大きいと効率が上がり加熱乾燥に有利になります。流体の流れが層流になるか乱流になるかの判断にはレイノズル数を使用します。

■ 層流
層流
とは、各層が整然と規則正しく運動する流体の流れのことです。層流は乱流と比較すると摩擦損失が小さく、熱交換器等の用途では熱効率が悪くなります。

■ 乱流
乱流とは不規則に乱れながら運動する流体の流れのことです。乱流はいろんな方向へ運動しますが、互いに混ざり合いながら流れの方向へ進みます。乱流は層流と比較すると摩擦損失が大きく、熱交換器等の用途では熱効率が良くなります。

■ 遷移
層流から乱流に変化することを遷移と言います。

 

層流 laminar 各層が整然と規則正しく運動する流体の流れ。
乱流 Turbulent 不規則に乱れながら運動する流体の流れ。
遷移 Transition 層流から乱流に変化すること。

 

層流,乱流,遷移,レイノズル数,ヒートポンプ汚泥乾燥機,KENKI DRYER 2020.8.31

 

 

層流,乱流,遷移,レイノズル数,ヒートポンプ汚泥乾燥機,kenki dryer 2020.8.31

画像出典:CMI MULTIDISCIPLINARY DESIGN PROJECT

 

層流(そうりゅう、英語:laminar flow)とは、各流体要素が揃って運動して作り出す流れのことである。
例として管内の流れを考えると、その流体の流線が常に管軸と平行なものを層流と呼ぶ。管壁に近づくほど流速は小さくなり、管の中心で最も流速が大きくなる。これは流体が管壁から摩擦抗力を受けるからであり、その力の大きさを推測することで管壁からの距離と流速の関係を式に表すこともできる。特に、円管路の層流はハーゲン・ポアズイユ流れ(Hagen-Poiseuille flow)と呼ばれる。しかし乱流では大小様々な渦が発生するような激しい流れであるため、そのような関係式を立てるのはきわめて困難であろう。一般に流れのレイノルズ数が小さいと層流になりやすいとされる。このことから管径が小さく、流速が小さく、密度が小さく、粘度が大きいほど層流になりやすく、その逆だと乱流になりやすいことが分かる。

出典:Wiki 層流

 

乱流(らんりゅう、英: turbulenceは、流体の流れ場の状態の一種。乱流でない流れ場は層流と呼ばれる。
乱流の確立した定義は現時点においても存在しないが、数学的にはナヴィエ・ストークス方程式の非定常解の集合であるということができる。層流と乱流のおおよその区別はレイノルズ数によって判断され、レイノルズ数の値が大きいと乱流と判断される。また、層流が乱流に遷移するときのレイノルズ数を臨界レイノルズ数という。
生活の中でのわかりやすい例としては水道の蛇口から流れる水がある。水道の水は流れが少ないときはまっすぐに落ちるが、少し多くひねると急に乱れ出す。このとき前者が層流、後者が乱流である。生活の中で見られる空気や水の流れはほぼ全てが乱流であるだけでなく、熱や物質を輸送して拡散する効果が非常に強いので、工学的にも非常に重要である。
乱流の数値シミュレーションは、気象予報や自動車等の空力設計からノートパソコンの冷却まで工学的には非常に幅広く利用されている。ゴルフボール表面につけたディンプルによる飛距離延伸(マグヌス効果も参照)、新幹線500系電車パンタグラフの突起による騒音低減などにも乱流の効果が応用されている。
しかし高い計算機性能を要求するため、スーパーコンピュータなどHPC(高性能計算)の重要な用途の一つになっている。

出典:Wiki 乱流

 

遷移(せんい)とは、「うつりかわり」のこと。類義語として「変遷」「推移」などがある。
自然科学の分野では transition の訳語であり、一般に、何らかの事象(物)が、ある状態から別の状態へ変化すること。さまざまな分野で使われており、場合によって意味が異なることもある。以下に解説する。
流体力学では、層流から乱流に流れの状態が変化することを層流から乱流に”遷移”するという。

出典:Wiki 遷移

 

■ レイノズル数について

 

レイノルズ数は、物理学者オズボーン・レイノルズの長年の地道な実験により得られた数値です。流体の慣性力と粘性力の比で表され、流れに対する粘性の影響の度合いを表します。
レイノルズ数が大きいと乱流になり、小さいと層流になり目安は2300という値です。レイノズル数が2300より大きいと乱流、2300より小さいと層流です。レイノズル数は配管の圧力損失の計算に使用されます。
又、密度が小さく、流速が遅く、内径が小さく、粘度が大きいほどレイノズル数は小さく、層流になりやすく、その逆が乱流になりやすいと言えます。

 

レイノズル数 小さい 大きい
密度 小さい 大きい
流速 遅い 速い
内径 小さい 大きい
粘度 大きい 小さい
レイノズル数目安2300。小さい層流。大きい乱流。

 

 

レイノズル数計算式
Re=ρ×L×U / μ = L×U/ν
Re レイノルズ数
ρ 流体の密度[kg/m3]
U 代表流速[m/s](平均流速)
L 代表長さ[m](内径)
μ 粘性係数[Pa・s](粘度)
ν 動粘性係数 [m2/s](動粘度)

 

 

レイノルズ数(レイノルズすう、英: Reynolds numberReは流体力学において慣性力と粘性力との比で定義される無次元量である。流れの中でのこれら2つの力の相対的な重要性を定量している。概念は1851年にジョージ・ガブリエル・ストークスにより紹介されたが、レイノルズ数はオズボーン・レイノルズ (1842–1912) の名にちなんで名づけられており、1883年にその利用法について普及させた。
流体力学上の問題について次元解析を行う場合にはレイノルズ数は便利であり、異なる実験ケース間での力学的相似性を評価するのに利用される。
また、レイノルズ数は層流や乱流のように異なる流れ領域を特徴づけるためにも利用される。層流については、低いレイノルズ数において発生し、そこでは粘性力が支配的であり、滑らかで安定した流れが特徴である。乱流については、高いレイノルズ数において発生し、そこでは慣性力が支配的であり、無秩序な渦や不安定な流れが特徴である。 実際には、レイノルズ数の一致のみで流れの相似性を保証するには十分ではない。流体流れは一般的には無秩序であり、形や表面の粗さの非常に小さな変化が異なる流れをもたらすことがある。しかしながら、レイノルズ数は非常に重要な指標であり、世界中で広く使われている

出典:Wiki レイノズル数

流体の粘度について / 汚泥乾燥機, スラリー乾燥機, ヒートポンプ汚泥乾燥機

乾燥時の凝集剤の粘度の影響と動粘度との違い / 汚泥乾燥機, スラリー乾燥機, ヒートポンプ汚泥乾燥機

 

 

 


■ セルフクリーニング Steam Heated Twin Screw technology
SHTS technology)

 

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。

 

■ ヒートポンプの工程

 

ヒートポンプの工程 ヒートポンプ汚泥乾燥機 スラリー乾燥機 kenki dryer 2020.7.9

 


■ ヒートポンプ自己熱再生乾燥機 KENKI DRYER について

 

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。

 

ランニングコスト削減 二酸化炭素排出量削減 ヒートポンプ乾燥機 汚泥乾燥機 2020.6.15

 

ヒートポンプ乾燥機

 

■ 乾燥機構
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

 

どこもできない付着物、粘着物及び液体状の乾燥に是非KENKI DRYER をご検討下さい。
国際特許技術の簡単な構造でイニシャル、ランニング、メンテナンスコストが安価です。
汚泥乾燥では乾燥機械代金を産廃費削減約2、3年での償却を目指しています。
原料スラリー乾燥では箱型棚段乾燥の置き換えで人手がいらず乾燥の労力が大幅に減ります。
有機廃棄物乾燥では燃料、肥料、土壌改良剤、飼料等へ再資源化リサイクル利用ができます。

 

熱分解装置 Biogreen
火気を一切使用しない国際特許技術の熱分解装置
https://biogreen-jp.com
会社サイト
もう悩みません。コンベヤ、産業環境機械機器
https://kenki-corporation.jp