微小流れ場における３次元温度速度同時計測手法の開発

本年度は，温度速度計測法開発の前段階としてアルミニウム製のＴ字微小流路にペルチェ素子で温調を行った流れ場について，2次元的な速度場と温度場をＰＩＶとＬＩＦを用いて計測したところ，報告例のない現象が見られたため，そのメカニズム解明を進めた．ＰＩＶ，ＬＩＦ等の光学計測では，光源の選定が重要となるため，光学計測倒立顕微鏡における落射照明が可能な光源について、LED,水銀灯等を試した．結果として，高輝度、光源の安定性、照明範囲の広さの観点から水銀灯を用いて実験を進めた．微小スケールでは局所的な温度勾配が付きにくいが，T字の金属流路では，流路裏側に配置したペルチェ素子に電圧を印加することで，1㎜あたり3～4℃の温度勾配を生じさせることができた．速度場は対物レンズの焦点位置を移動させることで，垂直方向に3断面を観察した．ペルチェ素子を印加する瞬間に流速が一時的に遅くなり，反対にペルチェ素子の電圧を切る場合は，流速が一時的に早くなる現象が見られた．この速度変動量は，電力に依存していることがわかった．一方、流動が変化している瞬間では温度場に有意な変化はみられず，この速度変動は温度が原因ではないと考えている．ペルチェ素子を印加した後，流路垂直方向上部断面を観察したところ，温度が高い側の流動が速くなり，かつ支配的になった．反対に，下部の断面を観察した際には，温度が低い側の流動が速くなり，かつ支配的になった．また，下流部では流れが旋回することを確認した．一般的に微小スケールでは密度による成層について現象は報告例がない．ペルチェ素子による流動制御が可能になれば，非接触で着脱可能なマイクロミキー等への応用が期待できるため，温度場からメカニズム解明と数値モデル化を進めている．

本年度は，温度速度計測法開発の前段階としてアルミニウム製のＴ字微小流路にペルチェ素子で温調を行った流れ場について，2次元的な速度場と温度場をＰＩＶとＬＩＦを用いて計測したところ，報告例のない現象が見られたため，そのメカニズム解明を進めた．ＰＩＶ，ＬＩＦ等の光学計測では，光源の選定が重要となるため，光学計測倒立顕微鏡における落射照明が可能な光源について、LED,水銀灯等を試した．結果として，高輝度、光源の安定性、照明範囲の広さの観点から水銀灯を用いて実験を進めた．微小スケールでは局所的な温度勾配が付きにくいが，T字の金属流路では，流路裏側に配置したペルチェ素子に電圧を印加することで，1㎜あたり3～4℃の温度勾配を生じさせることができた．速度場は対物レンズの焦点位置を移動させることで，垂直方向に3断面を観察した．ペルチェ素子を印加する瞬間に流速が一時的に遅くなり，反対にペルチェ素子の電圧を切る場合は，流速が一時的に早くなる現象が見られた．この速度変動量は，電力に依存していることがわかった．一方、流動が変化している瞬間では温度場に有意な変化はみられず，この速度変動は温度が原因ではないと考えている．ペルチェ素子を印加した後，流路垂直方向上部断面を観察したところ，温度が高い側の流動が速くなり，かつ支配的になった．反対に，下部の断面を観察した際には，温度が低い側の流動が速くなり，かつ支配的になった．また，下流部では流れが旋回することを確認した．一般的に微小スケールでは密度による成層について現象は報告例がない．ペルチェ素子による流動制御が可能になれば，非接触で着脱可能なマイクロミキー等への応用が期待できるため，温度場からメカニズム解明と数値モデル化を進めている．