マイクロバブルによる光の散乱効果を利用した可視化技術に基く流動現象呈示装置の開発

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水の流れの現象を小中学生にも理解できるように、マイクロバブルをトレーサに用いた流動現象呈示装置の製作を行った。教室内で学生に提示することを考えて、机の上に設置できる大きさで縦500m×横500mm×高さ50mmの立方体スチールフレームを台座に使用し、上部に2つの水槽と下部にポンプやインバータなどの電気機器をまとめた。水槽は直径600mm深さ400mmのものと直径100mm深さ600mmのものを透明アクリル材で製作し、それぞれ固定した。直径600mmの水槽の底面にノズルを取り付けマイクロバブル発生用水槽とした。直径100mmの水槽は流動現象を呈示するための可視化用水槽とし、その底部にマイクロバブル水が通過する流路を直径70mm×長さ550mmのアクリル円筒で製作し固定した。流路の途中に形状の異なる試験片を固定して、底からマイクロバブル水を流れ込ませて試験片によって変化する流れの状態を観察する。流路上部から流れ出たマイクロバブル水は可視化用水槽から発生用水槽に戻りその間を循環する。ギアポンプの圧力をインバータで変化させることで、マイクロバブルの発生量の調整を行う。また、水流経路を閉鎖することで電気機器への悪影響をなくし、実験に不慣れな学生でも安心して実験を行うことができるような構造にした。今年度、本校の体験入学において中学生を対象にしたデモンストレーションで、この流動現象呈示装置を使用した。この装置はシート状レーザー光を用いることで無色のマイクロバブル水の目視を容易にするため、水槽内に取り付けた障害物により変化する流れの状態を理解しやすいと好評であった。マイクロバブルをトレーサとして流れの状態をより明瞭に観察できる装置ができて、その持ち運びが可能となることで、学生や生徒にとって流体現象を身近に捉えることができ、科学への関心や理解が深まるための-助となったと思われる。