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マイクロPIVによる微小液滴内流動の可視化計測

使用微型 PIV 视觉测量微滴内部的流动

基本信息

批准号：
04J10749
负责人：
木下晴之
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

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.

This year はまず, last year, open 発, constructing した total focus マイクロ PIV システムの velocity measuring technique としての performance evaluation 価を line った. Inner diameter 0.1 mm のガラスキャピラリーのを flow in れるポアズイユ flow れの 3 d2c speed measuring をい, ポアズイユ flow velocity distribution れの theoretical solution と compare した. その as a result, the time average velocity distribution に masato しては theoretical solution とな consistent を and shown good すことがわかった. しかしながら, instantaneous velocity field に masato しては, Main にトレーサ particle のブラウのン movement influence によってばらつきが big きくなることが confirm された. さらに, total focus マイクロ PIV システムを with いて measuring した 3 intelligence に d2c speed, even 続の type を when てはめることで steady flow proposed similar な 3 d3c velocity distribution をのることができる. また confocal Point マイクロ PIV を応 with したもう a つの three dimensional velocity measuring technique として, stereo pinch of shadow focus method と and 3 dimensional analytical を using PIV いた method を proposal, be presently した. この way により, low-speed のマイクロ flow れであれば 3 d3c speed を be measuring することが may である. Time に, total focus マイクロ PIV システムを using して, be interstate にマイクロチャネル internal を mobile する tiny droplets のを inside flow visualization, measuring した. PDMS で making した flow of 0.1 mm の T word マイクロチャネルに, シリコンオイルとグリセリン aqueous を confluence させることで, even 続 The にグリセリ <s:1> aqueous solution <e:1> droplet をチャネをチャネ generates に within をチャネ, and the <s:1> flow velocity distribution inside the そ <s:1> is measured by a を meter for <s:1> た. Total focus マイクロ PIV を with いることで deep さ direction にし seaborne て extremely めて high い decomposition can です meter test ることが may となり, その as a result, the droplet internal の detailed な 3 d2c velocity distribution を must ることができた. さらに have られた 3 d2c speed から even 続の type を make うことで 3 d3c velocity distribution もに like quasi られた Velocity distribution. その 3 d3c から, droplet surface とその weeks 囲のチャネル wall や even 続 phase fluid との interaction によって, droplet internal には complex 雑な 3rd dimensional cyclic flow が発 raw していることが Ming らかとなった.