Monitoring and control of two-phase slug flow in microdevices with multi-channels

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マイクロデバイスの特徴は流路の寸法を大きくすると失われるため，流路のナンバリングアップ（並列化）によりデバイスの処理量が増大される。本研究では，気液二相スラグ流を伴う多流路デバイスを対象とする。スラグ流は，混ざり合わない流体が交互に流れる流動状態であり，従来デバイスよりも界面積が一様で大きく，かつ，スラグ内で循環流が生じることから，高い物質移動速度をもたらし，反応の高い空時収量を示す。その実用化に向けて，ナンバリングアップによる量産化技術，スラグ生成周期やスラグサイズが希望値を達成しているか，異常によりそれらがシフトしていないか，といった制御・モニタリング技術の方法論の構築が本研究の目的である。2019年度（令和1年度）は「気液二相スラグ流生成・流動のモデリング」，2020年度（令和2年度）は「多流路デバイスの気液二相スラグ流生成周期・サイズの制御・モニタリング」，2021年度（令和3年度）は「スラグサイズシフトのモニタリング」に取り組んだ。これまでの研究成果を踏まえて多流路デバイスを用いたスラグ流実験システムを構築した際，流路並列数を増加するにつれて流体均等分配の制御性が低下したことから，2022年度（令和４年度）は，数値流体力学（CFD）シミュレーションにより，デバイスへの流体供給部の設計を変更し，流体均等分配制御，および，スラグ流生成周期・サイズのモニタリング手法の有用性を検証した。