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熱流体解析事例（３） CFD解析
高圧水アトマイズ法 流れの特性
気液二相の流れの解明
高圧水 ウォータージェット 金属溶湯粉砕
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熱流体解析 ＣＦＤ システム
熱流体解析（ＣＦＤ）システムについての詳細は、 を参照されたい。
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＜熱流体解析 CFD 解析事例＞
高圧水アトマイズ法 概要
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金属溶湯の粒度分布、粒子形状、タップ密度には、ノズルの幾何学的形状、高圧水の噴出角度、水圧などが影
響を及ぼすと考えられる。高圧水に旋回を与える方法も一考に値する。系統的な研究、技術開発が必要である。
空気吸入の超音速流れのようすについては、下記に示すＣＦＤによる解析結果を参照されたい。 .
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◆なお、ここには示していないが、高圧のウォータージェットを用いて、大気中に噴出される水噴霧の流れの解明
に関する研究も行っている。動力源としては、”スギノマシンの高圧水発生ポンプ” を用いている。 .
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高圧水アトマイズ法 金属 合金粉末製造
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高圧水アトマイズ法
高圧水アトマイズ法は、粉末の製造法によりコニカル方式（円すい方式）とスワール方式（旋回方式）がある。
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一般的な
高圧水アトマイズ法の製造工程
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一般的な高圧水アトマイズ法は、ガスアトマイズ法に比べてスラリーポンプでの粉末の回収、搬送、乾燥工程
などを必要とする。両者ともに、粉末の使用される用途が異なるためにそれぞれ優劣があるが、ガスアトマイズ
法よりも製造コストは、安価である。 ・
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高圧水アトマイズ法 粉末特性に及ぼす因子
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金属粉砕＆粉砕メカニズム
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ガスアトマイズ法の粉砕メカニズムは、第2章で述べている。
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水アトマイズ法 粉砕メカニズム
コニカル方式水アトマイズ法
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＜高圧水の流れ、吸入される気流が定常流れと仮定した場合の粉砕メカニズム＞
水アトマイズ法による定常流れの粉砕メカニズムのイメーズ図を、下記に示している。
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※サテライトの粒子：幾何焦点で粒子同士が衝突して造粒粒子が生成すると考えられている。（下図 参照）
実際の高圧水流や高速気流（空気）は、水流の境界層付近において激しく振動していると考えられる。このこ
とより、サテライトの粒子は、水流の衝突付近（粒子温度低い）以外に、粉末粒子の温度が高く、かつ一次粉
砕の生じる運動エネルギーの大きい付近での粒子同士の衝突によっても生じるものと推察される。 .
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水アトマイズ法 金属粉砕メカニズム
＜水アトマイズ粉砕 メカニズム概略＞ ＜高圧水によって吸入される気流の流れ 超音速流れ＞
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水アトマイズ 粉砕メカニズム イメージ
高圧水による水アトマイズ法の金属粉砕メカニズムを示す。ここでは、定性的な粉砕メカニズムを
示している。実際には、吸入される気流および高圧水は激しく振動しており、噴霧チャンバー内で
それぞれが激しく干渉する流れとなる。高圧水によって吸入される大気流は、噴霧チャンバーの上
方から高速流れとなり、超音速流れとなって噴霧チャンバー内に流入する。このような超音速流れ
場において、溶湯流は噴霧チャンバー内に流下する以前にすでに初期の粉砕が生じていると考えら
れる。このような状況の流れ場において、高温で流下する溶湯流は、高圧水によって噴霧チャンバー
内で微粉砕される。なお、高圧水はキャビテーションを伴った流れとなっており、このキャビテーシ
ョンが粉砕メカニズムに少なからず影響を及ぼしていると考えられる。したがって、実際の粉砕は下
記の粉砕メカニズムを基本としつつ、非定常的な流れ場での複雑な粉砕メカニズムとなっている。.
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＜水アトマイズ粉砕 メカニズム イメージ＞
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水アトマイズ 粉砕メカニズム
流体の運動エネルギー
流体の運動エネルギーについては、「アトマイズ法に役立つ流体の力学 知識編 
」を参照されたい。
「流体の運動エネルギーは、いくつかの要因が考えられるが、
流れの動圧や力学における運動量保存則を流れに適用して求められる。」
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高圧ノズルから噴出する 高圧水の流れ
高速度カメラで撮影 噴霧状況
＜高圧水の流れ＞
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高圧水アトマイズ法 特徴 問題点 対策法
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アトマイズ法 最適化デザイン
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ガスアトマイズ法と水アトマイズ法において、高品質の金属粉末を製造するためには、
最適化デザインが求められる。（ガスアトマイズ法最適化デザインについては、第2章
で述べている。） .
＜ガスアトマイズ法 最適化デザイン＞ ＜水アトマイズ法 最適化デザイン＞
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一般的な
金属粉末の製造方法
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金属粉末製造法には、アトマイズ法（噴霧法）、機械的粉砕法、化学的還元法などがあり、多くの産業界
で金属粉末が使用されている。アトマイズ法による金属粉末の製造は、量産が可能であり、多様な金属類
の製品が可能であることから広く採用されている。アトマイズ法で金属溶融を粉砕するには気体や液体のエ
ネルギーを利用する。気体には、一般的に不活性ガス（窒素、アルゴンガス）が使用されるが、気体を利用
する方法をガスアトマイズ法、水を利用する方法を水アトマイズ法という。 .
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金属粉末に及ぼす表面張力の影響
金属粉末の生成には、一般的にガスアトマイズ法、水アトマイズ法に関わらず、表面張力が影響を及ぼす。
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＜音速 sonic velocity マッハ数 Mach number＞
乾燥空気の音速 a：約 340 m/s ( ≒ 1,224 km/h） 15 C° の空気中（国際標準大気 海面上気温）
水の音速 a：約 1,460 m/s （≒5,260km/h） ・
マッハ数 Ｍ ：M=v/a （気流の速度/音速） ・
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ＣＦＤ 解析事例
高圧水アトマイズ法 水アトマイズノズルから噴出される
高圧水の流れ 吸入空気の流れ ＣＦＤ解析
＜高圧水アトマイズ法 モデル1＞
＜水アトマイズ法 高圧水の流れ ＣＦＤ解析＞
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＜水アトマイズ法 高圧水の流れ ＣＦＤ解析＞
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＜高圧水アトマイズ法 モデル2＞
＜水アトマイズ法 吸入空気の流れ ＣＦＤ解析＞
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＜高圧水アトマイズ法 モデル3＞
＜水アトマイズ法 高圧水の流れ ＣＦＤ解析＞
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＜水アトマイズ法 吸入空気の流れ ＣＦＤ解析＞
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＜高圧水アトマイズ法 モデル4＞
＜水アトマイズ法 吸入空気の流れ ＣＦＤ解析＞
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＜水アトマイズ法 吸入空気の流れ ＣＦＤ解析＞
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＜高圧水アトマイズ法 モデル5＞
＜水アトマイズ法 高圧水の流れ ＣＦＤ解析＞
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＜水アトマイズ法 高圧水の流れ ＣＦＤ解析＞
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＜高圧水アトマイズ法 モデル6＞
＜3Ｄメッシュ＞ ＜メッシュ断面＞
＜水アトマイズ法 高圧水の流れ 二相流 メッシュ分割 ＣＦＤ解析＞
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＜速度ベクトル＞ ＜液体積分率分布＞
＜水アトマイズ法 高圧水の流れ 二相流 ＣＦＤ解析＞
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