核磁気共鳴(NMR)を用いた多孔質体中の熱・水分移動現象の解明

• Project/Area Number: 08750224
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 鈴木 祐二 東京工業大学, 工学部, 助手 (20242274)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1996: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 核磁気共鳴(NMR) / 磁気共鳴イメージング(MRI) / 多孔質体 / 熱・水分移動 / 毛管力

Research Abstract

コンクリートの湿潤・乾燥過程といった、多孔質体内の熱・水分移動現象を解明するために、その構造の中に存在する水分分布を非接触で測定することが可能な核磁気共鳴(NMR)装置および磁気共鳴イメージング(MRI)装置を利用し、従来ほとんど測定されたことのない多孔質体内の熱・水分移動のミクロ構造を実験的に明らかにすることを試みた。はじめに、直径10mm程度のアクリル円筒容器内に直径1mmのガラスビーズを詰めた多孔質体モデル内に水を満たし、3次元画像化可能なMRI装置を用い、多孔質体内の水分の存在位置から多孔質体内の空間構造の定量化が可能であることを確認した。また、直径0.1mmのガラスビーズについても同様な実験を行い、空間構造の把握が可能であったが、MRI装置の空間分解能を上げる必要から、計測時間が非常に増大してしまうことが判明した。ガラスビーズ内に水を満たした静止場における定常状態の測定では、計測時間の問題は生じないが、本研究のような非定常な水分移動を測定する際には、計測時間をより短時間に行う必要があるため、多孔室内に温度分布を形成した系への測定に先立ち、MRI装置の計測アルゴリズムと測定対象の最適化を試みた。現在の状況では、直径1mm程度のガラスビーズ内では数分程度の計測時間での3次元測定が可能であるが、毛管力の効果がそれほど大きくないため、ガラスビーズ内の気液界面が平坦になっている様子が確認される程度であった。直径0.1mm程度の割合には、毛管力の効果による気液界面の分布に局所的変化があることが確認されたが、計測時間が数時間のオーダーとなってしまうため、時間的変化を追跡するのは困難であるため、今後、より最適な条件の設定を探る必要があり、さらに熱的影響の効果を解明する必要があるため、本研究の継続的な探究を行う。