熱物質移動現象のミクロ-ナノ・スケールレーザ計測

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微細流路における流れの新たな解析手法の開発はマイクロ分析チップ,集積回路内の輸送現象などの先端領域で注目されており,マイクロマシン技術の進化とともに微細熱交換器の製作も行われているが,これら微細な流体素子を的確に制御するにはミクロ領域での流動構造の把握が必要とされて来た.特に分散性二相流においては従来の連続体近似,アナロジーとしての移動現象とは全く異なるスケール効果の発現が顕著である.本研究ではナノ秒パルスレーザ光と高解像度高精度CCDカメラを用いたレーザ散乱・干渉光学系を構築,粒子散乱光の干渉撮影法を超微小気泡流れに適用,分散相の個々の移動速度とその径の同時計測により高精度な統計値抽出に十分なデータ収集を行うことが可能となった.連続相との相互作用をはじめとする流動構造を決定付ける支配パラメータの抽出に成功,空間的な物質移動現象を明らかにした.また,より小スケールの分散粒子を測定可能とするため広視野角レーザ散乱粒径測定システムを構築,ナノメートルスケールに迫る領域への拡張をも念頭に置きローレンツ・ミー散乱理論,レーリー散乱理論に基づく大規模な数値解析を行い,粒子径測定の可能性についての理論的検証および基礎的な検証実験を行った.蛍光・燐光性分子を検出するレーザ誘起蛍光発光法,多次元吸収スペクトル測定法などを活用する新しい計測法を開発,ミクロ移動現象の顕微撮影に適した微細流動場を作成し各種光学パラメータの決定,分子トレーサとしての染料分子の比較検討および選定を行った.流体の揺らぎを考慮した分子トレーシング技術の確立,運動量・熱物質移動量などの大量の計測データを高度に融合解析する複合センシングシステムの開発を行い実流動場の計測実験を行った.ミクロスケール移動現象の解明の足掛かりとして時間空間的に広がりを有する多くの物理量を同時に非接触・非侵襲で観察可能な計測手法を構築し複雑移動現象に関する知見を得た.