空間的に精緻な流動・物性分布計測が解き明かす粘弾性流体の不安定流動遷移の起源

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粘弾性流体に対して断続的なせん断速度が働くように，連続した急拡大・急縮小構造を有するマイクロ流路内部の流動について調査を行っている．当該年度は，高分子であるポリアクリルアミド(HPAM)水溶液を用いて，マイクロ流路内における流動の様子を，PIVおよびPTVを駆使して調査した．まず，高分子の干渉が無視できない準希薄状態の溶液を用いて実験を行った．そして，shear bandingと呼ばれる，異なるせん断速度の層が形成される不安定現象が構造間で生じることを確認した．特に，構造間内部の低速流動域において，回転およびせん断の両方の挙動を示す複雑な流動が形成されることを明らかにした．続いて，高分子同士の干渉が無視できる希薄状態の溶液を用いて，同様に構造間の流動を調査した．その結果，構造間には応力緩和のために低速域が形成され，低速域内部の流動は，流量の増大に伴い急激な速度変動を有する流動状態へと遷移することを確認した．この状態における低速域の流動は非定常的ではなく，周期的な振動挙動を示した．そのため，特定の流路構造および実験条件においては，粘弾性流体であるHPAMの溶液は流量の増大に伴って定常状態から非定常状態へと一気に遷移するのではなく，周期的な状態を経て非定常状態へと遷移することが示唆された．また，粘弾性流体の粘度分布イメージングを実現すべく，溶液の粘度に反応して蛍光輝度が変化する蛍光分子ローターを使用した計測法の確立にも取り組んだ．そして，急拡大・急縮小構造を有するマイクロ流路中で局所的に変化する粘度分布の可視化にも成功した．