表面の機能化による分散体・混相流制御技術の創出

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抵抗低減・伝熱促進・反応促進技術では，壁面近傍での分散体のサイズ・挙動・分布構造が機器性能に直接的影響を与える．本研究では，濡れ性操作によって表面の機能化を図り，分散体挙動・分布構造を自在に制御することを目的として，スケールの異なる４つの流れ場，流場①「マイクロチャネル流れ」，流場②「界面衝突流れ」，流場③「水平チャネル流れ」，流場④「テイラークエット流れ」を対象とした調査を実施した．その結果，流場①では，親水性・疎水性部分をマイクロパターニングしたガラス基板上で微小な水滴がアレイ状に形成されることを確認した．流場②では，実験に対して，固定された物体後流の遷移が過去の文献で示された結果と定性的に一致することを確認し，数値計算に対して，複数の相を取り使うことが可能な multiphase-field 法を構築した．流場③では，機能表面を利用した移流気泡群の一方向輸送実験を行い，撥水面を二分割することにより，高レイノルズ条件下での気泡輸送率の向上に成功した．最後に，流場④では，テイラークエット流れ場に気体を注入した場合の移流・拡散プロセスの計測を行い，高速移流気泡群と集積定在気泡群の2つが共存する気液二相流を実現した．