Scale effects on electrohydrodynamic conduction pumping
| Project/Area Number |
21K14075
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
西川原 理仁 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50757367)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 電気流体力学 / MEMS / コンダクションポンプ / 絶縁性液体 / クーロン力 / マイクロフルイディクス / 冷媒 / ヘテロチャージ層 / 高電圧 / ポンプ / 解離電荷 / 解離イオン / 高電界 / 低電界伝導 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、電気流体力学(EHD)コンダクションポンプにおけるスケール効果を明らかにすることである。相似形状で異なるスケールを有するポンプを製作、ポンプ性能を評価しスケールの影響を調査し、また電気流体連成シミュレーションによって電極近傍に形成されるヘテロチャージ層へのスケールの影響を明らかにする。ポンプ内の電位計測や電気伝導率の電界および温度依存性を計測し、ヘテロチャージ層の形成要因に関して詳細に調査する。マイクロスケールでのポンピング現象を明らかにすることで機械式ファンによる対流では到達できない領域、マイクロナノスケールでの熱輸送応用へと展開する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、電気流体力学(EHD)コンダクションポンプにおけるスケール効果を明らかにすることである。相似形状で異なるサイズスケールを有するポンプを製作、ポンプ性能を評価しスケールの影響を調査し、また電気流体連成シミュレーションによって電極近傍に形成されるヘテロチャージ層へのスケールの影響を明らかにする。
これまでMEMSを利用して5～500 μmの範囲でスケールの異なる相似形状の電極を製作し発生圧力を調べていたが、実験の精度が低く安定した発生圧力を計測することができていなかった。本年度は、50μmの電極形状に重点を多き実験装置の改良を行った。その結果、比較的安定して圧力を発生させることができるようになり、HFE7100を作動流体とした時、印加電界4kV/mmにおいて120 Pa程度の圧力を計測した。さらに圧力-電界特性においては、マイクロスケールでの特徴である線形関係となることが計測された。また、ポンプのPQ特性についても計測、0.2ml/min程度の流量が発生すること確認した。
下記に研究期間全体を通じて得られた成果について記す。
・逆極性の電極近傍に形成される解離イオンで構成されるヘテロチャージ層はスケールが小さくなるにつれて相対的に大きくなることが分かった。スケールが小さくなると両ヘテロチャージ層のオーバーラップが観測され、平行平板電極を用いた先行研究（P. A. Vazquez et al. 2019）と同様の結果が得られた。本研究のポンプとして機能する非対称構成の電極では、スケールが小さくなるとヘテロチャージ層の非対称性が失われることが明らかになった。
・本流量範囲（最大0.7ml/min程度）においては、流量および流速がヘテロチャージ層の変化に大きく影響を与えないことが新たに分かった。
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Report
(3 results)
Research Products
(11 results)
