Elucidation of dynamics of complex fluid droplet levitated on high temperature surface and their development into process intensification
| Project/Area Number |
23K13592
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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 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
増田 勇人 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 講師 (90781815)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (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 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | Leidenfrost液滴 / 高分子液滴 / 運動モデル / 液滴反応器 / ラチェット / ライデンフロスト液滴 / 液滴動力学 / 複雑流体 / プロセス強化 |
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| Outline of Research at the Start |
液滴は沸点より十分に高温の面に滴下されると，自身の蒸気膜に浮遊するライデンフロスト状態となる。本研究では，この液滴を高温かつ良混合場の化学反応器と捉え，様々な種類の複雑流体液滴を用いた際の液滴運動や反応器としての性能を検討する。さらに，高温ラチェット面上での自走運動を利用した連続操作化にも挑戦し，液滴反応器を用いたプロセス強化論への展開を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
過熱表面上に浮遊する液滴を利用した化学プロセスの創出を目指し，過熱ラチェット面における高分子液滴の挙動をハイスピードカメラによる撮影画像を元に検討した。高分子にはキサンタンガムを用い，0.1wt%での濃度帯を対象としてラチェット面温度を変化させ，液滴の運動挙動を観察・可視化した。高分子添加により粘性が上がることで運動中の液滴の変形が抑えられ，安定した自走運動を示すことがわかった。画像解析により運動する液滴の座標を取得し，液滴速度を算出し，運動方程式モデルとフィッティングすることで駆動力と摩擦力を得た。これらパラメータと液滴粘度には相関が確認され，液滴粘度が増加することで駆動力の増加ならびに摩擦力の増加につながることを示した。また，ラチェットの形状（溝深さ）の影響についても検討した結果，溝深さが大きいほど摩擦力が増加する傾向がみられたことより，液滴粘度，ラチェット形状と液滴運動モデルについての相関関係を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
液滴運動を追跡するための画像解析プログラムは当初の計画より早めに開発できたが，液滴運動の数値シミュレーションについては若干遅れている。トータルとしては順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまではキサンタンガム水溶液液滴を対象としていたが，高分子の分子量や鎖長の影響を明らかにするため，いくつかの水溶性ポリマーを用いて同様の検討を行う。主にポリエチレンオキサイド(PEO)のような複数の平均分子量が入手しやすい液滴を用いる予定である。また，液滴運動を詳細に理解するために数値シミュレーションも行っているが，メッシュ条件や物性値によって計算が発散してしまう課題がある。より細かいメッシュ条件による長時間のシミュレーションに着手し，現象理解（液滴内部流動や蒸気流動）を目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
