三次元温度速度同時計測のための感温粒子の試作

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本研究は、流体中の速度と温度を三次元的に同時に計測するという画期的な計測手法を実現するための基礎研究として、温度の三次元計測を行う上で必要不可欠となる温度計測用トレーサー粒子について、その製造方法、使用条件、適用可能範囲、温度計測精度などの諸特性を明らかにし、実際にその粒子を試作することを目的とした。温度の計測原理としては、レーザー励起蛍光法による蛍光染料の励起光強度を定量化する方法を用いる。従って、温度の三次元計測を行うためには、三次元空間の任意の一点から発せられた励起光を観測する必要がある。そこで、本研究では、W-O-Wのエマルジョンによってトレーサー粒子を形成し、内部の水溶液にRhodamine 6Gなどの水溶性の蛍光染料を封入する方法を考案した。この粒子は、球殻となる物質の配合を調整することによって比重を水と同じにすることが可能であるため速度計測に最適なばかりでなく、内部の水溶液に感温物質を用いることによって温度計測も可能となると予測される。種々の調査及び予備実験を行った結果、この粒子は比重を任意に調整可能なため、速度計測には非常に有効であることが分かった。一方、温度計測に対しては、粒子の内部にレーザー励起蛍光法に用いられる蛍光染料を封入した場合の有効性を検証した所、球殻を構成する高分子が多孔性であるため、蛍光染料が染み出してしまうことが分かった。従って、温度計測を可能とするためには、内部に封入する物質として、非水溶性の物質を用いるか、分子のサイズが非常に大きい物質を用いる必要があることが分かった。