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流れを伴う界面への界面活性剤の吸脱着現象の実験的解明とモデル化

研究課題

研究課題/領域番号 16K06083
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関神戸大学

研究代表者

細川 茂雄  神戸大学, 工学研究科, 准教授 (10252793)

研究分担者 冨山 明男  神戸大学, 工学研究科, 教授 (30211402)
研究協力者 林 公祐  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード流体工学 / 混相流 / 界面 / 界面活性剤 / 吸着・脱離 / 流体計測
研究成果の概要

多くの工業分野、自然界において気泡や液滴を含む流れが見られ、界面活性剤などの汚染物質を含む場合、汚染物質の界面への吸着により気泡/液滴と周囲流体間の運動量/熱/物質移動が清浄系と異なることが知られている。静止した界面への界面活性剤の吸着脱離特性に比べ、流動を伴う界面への吸着脱離に関する知見は極めて少なく、数値予測精度向上などを阻んでいる。本研究では、高精度速度分布計測に基づく界面上界面活性剤濃度評価手法を構築するとともに、流動を伴う球形液滴界面への界面活性剤の吸着脱離特性を明らかにした。また、数値予測にしばしば使用されている静的な吸着脱離モデルが流動界面には利用できない場合があることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果は、流動を伴う界面における界面活性剤濃度計測を可能とする新しい手法を提供するとともに、実験データがほとんどなかった流動界面への界面活性剤の吸着・脱着特性に関する定量的データを提供するものであり、汚染系気泡・液滴の数値計算・モデルの検証および流動界面への吸着・脱離現象の解明に有益である。また、従来多用されてきた静的な吸着・脱離モデルが流動界面に利用できない場合があるとの結論は、汚染系気泡・液滴の数値予測において重要な知見である。さらに、本研究で開発した界面/境界近傍速度分布の精密測定法は、物体周囲流動の分析にも適用可能であり、流体関連分野の計測手法高度化にも貢献するものである。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 11件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] Hamburg University of Technology(Germany)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Evaluation of Adsorption of Surfactant at a Moving Interface of a Single Spherical Drop2018

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 雑誌名

      Experimental Thermal and Fluid Science

      巻: 96 ページ: 397-405

    • DOI

      10.1016/j.expthermflusci.2018.03.026

    • NAID

      120006484298

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental Evaluation of Marangoni stress and surfactant concentration at interface of contaminated single drops using spatiotemporal filter velocimetry2017

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Yuya Masukura, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 雑誌名

      International Journal of Multiphase Flow

      巻: 97 ページ: 157-167

    • DOI

      10.1016/j.ijmultiphaseflow.2017.08.007

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 時空間フィルタ流速計による界面近傍の流れの計測2017

    • 著者名/発表者名
      細川茂雄, 冨山明男
    • 雑誌名

      ながれ

      巻: 36 ページ: 303-308

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gaslift Pump making use of Phase Change of Working Fluid2016

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Shudai Fujimoto, Akio Tomiyama
    • 雑誌名

      Applied Thermal Engineering,

      巻: 103 ページ: 1119-1125

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2016.05.010

    • NAID

      120005842588

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Diagnostics of flow about a contaminated single drop using spatiotemporal filter velocimetry2018

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Gaku Shigekane, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      19th Symposium on Applications of Laser and Imaging Techniques to Fluid Mechanics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical Measurements for Validation of Numerical Simulation of Two-Phase Flow2018

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa
    • 学会等名
      3rd Workshop on Advances in CFD and LB Modeling of Interface Dynamics in Capillary Two-Phase Flows
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Experimental Evaluation of Adsorption of Surfactant at Moving Interface2018

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa
    • 学会等名
      2nd International COFTEC Symposia
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 単一液滴に作用する力の実験的分析2018

    • 著者名/発表者名
      重兼楽,細川茂雄, 林公祐,冨山明男
    • 学会等名
      第95期日本機械学会流体工学部門講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 界面含む流れの計測2018

    • 著者名/発表者名
      細川茂雄
    • 学会等名
      化学工学会第83年会 粒子流体プロセス部会セミナー
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Liquid Velocity Distribution of Turbulent Bubbly Flow in a 2X2 Rod Bundle2017

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      J-US Seminar on Two-Phase Flow Dynamics
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2017-06-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Adsorption of Surfactant at a Moving Interface of a Single Spherical Drop2017

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Ryota Okamoto, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      9th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics
    • 発表場所
      イグアス(ブラジル)
    • 年月日
      2017-06-11
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Adsorption of Surfactant at a Moving Interface of a Single Spherical Drop2017

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Ryota Okamoto, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      9th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics (ExHFT-9)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Adsorption of Surfactant at a Drop Interface using Spatiotemporal Filter Velocimetry2017

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Ryota Okamoto, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      10th International Symposium on Measurement Techniques for Multiphase Flow (ISMTMF2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Turbulent property of air-water bubbly flow in a 2X2 rod bundle2017

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      10th International Symposium on Measurement Techniques for Multiphase Flow (ISMTMF2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 流れの光学計測よもやま話2016

    • 著者名/発表者名
      細川茂雄
    • 学会等名
      日本混相流学会若手研究者夏季セミナー
    • 発表場所
      高槻
    • 年月日
      2016-08-10
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Effect of Bubbles on Turblence Kinetic Energy Budget in Vertical Duct flow2016

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Hiroki Karasawa, Ryosuke Iwai, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      18th Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon 2016
    • 発表場所
      リスボン(ポルトガル)
    • 年月日
      2016-07-04
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Evaluation of Surfactant Concentration at an Interface of Single Spherical Drop2016

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Yuya Masukura, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Multiphase Flow, ICMF2016
    • 発表場所
      フィレンテェ(イタリア)
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Simulation of Surfactant Concentration at an Interface of Single Spherical Drop2016

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Hayashi, Yuya Masukura, Shigeo Hosokawa, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Multiphase Flow, ICMF2016
    • 発表場所
      フィレンテェ(イタリア)
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 時空間フィルタ流速計による界面活性剤の吸着を伴う液滴の測定2016

    • 著者名/発表者名
      細川茂雄,益倉侑冶,林公祐, 冨山明男
    • 学会等名
      第94期日本機械学会流体工学部門講演会
    • 発表場所
      宇部
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 二相流数値計算検証のための実験計測2016

    • 著者名/発表者名
      細川茂雄,林公祐,冨山明男
    • 学会等名
      日本機械学会RC270第3回分科会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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