Wall wettability and fluid rheology effects on two-phase flows in microchannel

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本研究では、マイクロ・ミニ流路内の二相流動特性、特に相界面性状や圧力損失に及ぼす流路壁面の濡れ性、非ニュートンレオロジー特性、流路スケールの三つの因子の影響を明らかにし、二相流動特性を定量予測できるモデルを構築することを目的として、本年度は次を実施した。・ニュートン流体（水）とマイクロ流路壁面濡れ性の関係を把握するためのデータベースを構築した。その際、流路壁面の接触角を9～166°の範囲で変化させて、流動様式、気泡速度、気泡の長さ、液スラグの長さ、圧力損失、気泡生成時の気液界面の遷移についての広範囲の実験データを獲得した。その結果、圧力損失は流動様式と関係し、その流動様式は壁面の濡れ性に密接に関係することを明らかにした。濡れ性が良い（流路壁面と流体の接触角が小さい）ほど気泡の長さは短くなり、圧力損失は大きくなる。他方、濡れ性が悪い（接触角が大きい）ほど、気泡の長さが増大し、圧力損失は減少することが分かった。・非ニュートン流体として用いる高分子（カルボキシメチルセルロース、ポリアクリルアミド）の水溶液のレオロジー特性を調べた。キャピラリー法により擬塑性特性を把握し、Capillary breakup extensional rheometer法により緩和時間を測定して弾性特性を把握した。加えて、ポリアクリルアミドの水溶液については使用による劣化特性を調査した。その結果、見かけの粘度および緩和時間の減少が確認された。また、急拡大部を通過する際、ニュートン流体では見られないエネルギーの回復を観察し、そのモデルを検討した。