撹拌混合
撹拌液面変化(渦)
じゃま板のない状態で液をかき混ぜると、タンクの中心部がすり鉢状にへこむ「渦」ができます。
回転が速すぎると、渦が深くなりすぎてモーターの軸まで空気を巻き込んでしまうことがあります。
このツールは、槽の大きさと回転数から、渦によって中心の液面がどれくらいへこむかの目安を計算し、じゃま板が必要かどうかを判断する材料にします。
撹拌時の渦(液面変化)の使い方と考え方
槽の直径・液深と回転数を入力します。
Fr = N²・D / g h = ω²・R² / (2g) (剛体回転モデル)
考え方は、回転する液に働く遠心力によって中心部の圧力が下がり、液面がすり鉢状にへこむ、という現象を計算するものです。
へこみが軸の高さに近づくようであれば、バッフルの追加を検討するタイミングです。
撹拌液面変化（中心渦・ボルテックス）計算ツールの概要
本ツールは、バッフル（邪魔板）を設置しない「バッフルなし撹拌槽」において、回転に伴って液面中央に発生するすり鉢状の「中心渦（ボルテックス）」の落ち込み深さや液面変化を予測・計算するツールです。
翼径、槽径、液深、回転数などの条件を指定することで、渦が撹拌翼に達して気体を激しく巻き込む「限界回転数」や、旋回流による液面の高低差を迅速に把握できます。
計算の仕組みと中心渦（ボルテックス）の発生メカニズム
バッフルがない撹拌槽で液を撹拌すると、流体が旋回運動（共回り）を起こし、遠心力によって液面の中央部が著しく落ち込みます。
中心渦の挙動や深さは、主に以下の要因に依存します。
・回転数（フルード数 Fr）：
回転スピードが上がると慣性力・遠心力が強まり、渦の落ち込み深さは回転数の2乗に比例して深くなります。
・翼径と槽径の比率：
翼径に対して槽径が広いほど、また翼の設置位置が低いほど中心渦の発達挙動が変わります。
・液物性（密度・粘度）：
高粘度液では旋回流が抑えられる一方、低粘度液では容易に深い渦が形成されます。
撹拌設計・操業における実務上の注意点
1. 気体巻き込み（エアレーション）と限界回転数
渦の底部が撹拌翼の位置まで達すると、大量の空気を巻き込んで液が発泡したり、機械的振動やモーターの負荷変動（キャビテーションに類似した現象）を引き起こします。気体巻き込みを防ぐためには、本ツールで計算される限界回転数以下で運転を行う必要があります。
2. バッフル設置による渦の抑制
中心渦の発生や気体の巻き込みを防止し、上下方向の混合（全軸流）を促進するためには、槽内にバッフル（邪魔板）を設置することが極めて有効です。
