マイクロPIVによる微小液滴内流動の可視化計測

本年度はまず,昨年度,開発・構築した共焦点マイクロPIVシステムの速度計測手法としての性能評価を行った.内径0.1mmのガラスキャピラリーの中を流れるポアズイユ流れの3D2C速度計測を行い,ポアズイユ流れ速度分布の理論解と比較した.その結果,時間平均速度分布に関しては理論解と良好な一致を示すことがわかった.しかしながら,瞬時速度場に関しては,主にトレーサ粒子のブラウン運動の影響によってばらつきが大きくなることが確認された.さらに,共焦点マイクロPIVシステムを用いて計測した3D2C速度情報に,連続の式を当てはめることで定常流の擬似的な3D3C速度分布を得ることができる.また共焦点マイクロPIVを応用したもう一つの3次元速度計測手法として,共焦点立体撮影法と3次元PIV解析を用いた方法を提案,実現した.この方法により,低速のマイクロ流れであれば3D3C速度を実計測することが可能である.次に,共焦点マイクロPIVシステムを利用して,実際にマイクロチャネル内部を移動する微小液滴の内部流動を可視化・計測した.PDMSで製作した流路幅0.1mmのT字型マイクロチャネルに,シリコンオイルとグリセリン水溶液を合流させることで,連続的にグリセリン水溶液の液滴をチャネル内に生成し,その内部の流速分布を計測した.共焦点マイクロPIVを用いることで深さ方向に対して極めて高い分解能で計測することが可能となり,その結果,液滴内部の詳細な3D2C速度分布を得ることができた.さらに得られた3D2C速度から連続の式を使うことで3D3C速度分布も擬似的に得られた.その3D3C速度分布から,液滴表面とその周囲のチャネル壁面や連続相流体との相互作用によって,液滴内部には複雑な3次元的循環流が発生していることが明らかとなった.

本年度はまず,昨年度,開発・構築した共焦点マイクロPIVシステムの速度計測手法としての性能評価を行った.内径0.1mmのガラスキャピラリーの中を流れるポアズイユ流れの3D2C速度計測を行い,ポアズイユ流れ速度分布の理論解と比較した.その結果,時間平均速度分布に関しては理論解と良好な一致を示すことがわかった.しかしながら,瞬時速度場に関しては,主にトレーサ粒子のブラウン運動の影響によってばらつきが大きくなることが確認された.さらに,共焦点マイクロPIVシステムを用いて計測した3D2C速度情報に,連続の式を当てはめることで定常流の擬似的な3D3C速度分布を得ることができる.また共焦点マイクロPIVを応用したもう一つの3次元速度計測手法として,共焦点立体撮影法と3次元PIV解析を用いた方法を提案,実現した.この方法により,低速のマイクロ流れであれば3D3C速度を実計測することが可能である.次に,共焦点マイクロPIVシステムを利用して,実際にマイクロチャネル内部を移動する微小液滴の内部流動を可視化・計測した.PDMSで製作した流路幅0.1mmのT字型マイクロチャネルに,シリコンオイルとグリセリン水溶液を合流させることで,連続的にグリセリン水溶液の液滴をチャネル内に生成し,その内部の流速分布を計測した.共焦点マイクロPIVを用いることで深さ方向に対して極めて高い分解能で計測することが可能となり,その結果,液滴内部の詳細な3D2C速度分布を得ることができた.さらに得られた3D2C速度から連続の式を使うことで3D3C速度分布も擬似的に得られた.その3D3C速度分布から,液滴表面とその周囲のチャネル壁面や連続相流体との相互作用によって,液滴内部には複雑な3次元的循環流が発生していることが明らかとなった.