複断面粒子画像流速計を用いた界面活性剤の効力低減メカニズムの研究

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本研究では、主に粒子画像流速計(PIV)を用いた詳細計測によって、粘弾性非ニュートン流体特性に関わる以下の現象の新たな理解と制御技術の開発を試みた。1)円筒内にある平坦な自由表面を持つ粘弾性流体の旋回流れ:粘弾性が渦形成、渦崩壊あるいは流れの対称性の崩壊等に与える影響の研究。2)円筒内にある変形した自由表面を持つ粘弾性流体の旋回流れ:界面活性剤が付加された希薄な粘弾性流体のレオロジーの性質を計測する手法の開発。3)マイクロチャンネル内の粘弾性流体:工業的なマイクロスケールの流れは最近行われるようになった研究領域ではあるが、マイクロデバイス、バイオ関連流れ、あるいは粘弾性等の流れなどが重要な分野になってきている。マイクロPIVにより、現在までに明らかになっていない、マイクロスケールの粘弾性流体流れの性質について実験的に研究する。また、もう一つの目的は粘弾性流体の構成式を構築するためのデータベースを作っていくことである。1)と2)は前年度で終了した。今年度(18年4月から8月まで)はマイクロスケールの流れの計測装置、実験装置の設計製作、およびマイクロチャネル内粘弾性流体流れ実験を行った。粘弾性という流体の性質によってニュートン流体流れに発生しない新たな流体力学的な現象が発見された。粘弾性流体を使ってマイクロチャネル内において弾性乱流と類似した不安定流れを実現した。この現象を利用して伝熱促進などの実用アプリケーションに関する研究を継続する予定である。