壁面せん断応力分布センシングを駆使した抵抗低減機能を持つ壁面の創成

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(1)数値計算による流動抵抗の評価当該年度では，昨年度に単視野3次元3成分流速計測法(APTV)によって取得した，超撥水壁面近傍流動の計測結果に基づき，数値計算によってその流動形態を再現可能なモデルの構築に取り組んだ．超撥水壁面近傍流動に関して，数値計算による多くの先行研究では，気液界面は変形しないことを前提に計算モデルを構築しており，抵抗低減効果が過大に評価されることが課題として挙げられていた．一方，本研究では，昨年度の計測結果で気液界面が変形してたわむことを確認しており，その詳細な形状を取得することに成功していた．この結果に基づき，実験によって取得した気液界面の形状と，気液界面におけるすべり長さの平均値を境界条件として計算モデルに与えることによって，流動の様子が再現できることを示した．更に，数値計算結果に基づいて流動抵抗を評価し，実験結果と比較して，構築した数値計算モデルが有効であることを示した．(2)マイクロピラー周りの流動及び壁面せん断応力分布の計測当該年度では，現在までに開発に取り組んでいるAPTVを駆使し，マイクロ流路内で生じる3次元的な複雑流動の計測と，そのときに生じる壁面せん断応力分布の定量化に取り組んだ．マイクロ流路内に微小構造物を設置し，受動的に流れを制御して物質等の混合及び輸送を促進する手法があるが，構造物と流体が干渉することによって生み出される3次元的に複雑な流れ場については不明点が多い．本研究では，微小構造物として円形のピラーアレイを流路内に設置し，ピラー周りで生じる3次元的な流動の可視化に成功した．また，取得した流速分布に基づき壁面せん断応力分布を算出したところ，流路片側にピラーを設置することで，その対壁側にもせん断応力分布が誘起されること，そして流速の変化に伴い，本研究の実験系では壁面せん断応力の値が最大で24%上昇することを確認した．