フェーズドップラー法によるサーモフォレシス効果の解析

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07405035
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 平野 敏右 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70007615)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石塚 悟 広島大学, 工学部・機械系, 助教授 (70129162) ; 土橋 律 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30237177)
• Keywords: サーモフォレシス / 熱泳動 / 微粒子 / 温度勾配 / 粒径測定 / レーザードップラー法 / I-MAX法

Research Abstract

本研究では、サーモフォレシス(熱泳動)効果の定量的データの蓄積および的確な理論の確立を目的として、データ測定手法の構築および測定データの解析をおこなってきた。平成9年度の研究実績を以下にまとめる。
(1)熱泳動速度測定場の形成(サーモフォレシス測定装置の調整)
サーモフォレシス効果の特性を表す指標である熱泳動速度の測定には、温度場が単純で、気体流動が無い測定場が理想的であるが、温度勾配を大きくすると容器内に対流が発生する。これは、壁面(ガラス窓)付近の気体温度の低下による浮力の発生によるものである。誘起される速度が、上下の壁面間の距離dの3乗および壁面の大きさιの逆数に比例することを流体力学的計算から明らかにした。この結果をもとに、本装置では壁面間隔を1mmとすることで百K/mm程度の大きな温度勾配下での熱泳動速度の正確な測定が可能となった。これにより、通常重力下での測定可能範囲(これまでの研究では数K/mm以下)を大きく広げることができた。
(2)サーモフォレシス効果の定量的データの収集(熱泳動速度測定)
(1)で確立した手法により熱泳動速度測定を測定し、サーモフォレシス効果の定量的データの収集をおこなった。粒径1〜30μmのSiO2および5〜30μmのPMMAの粒子について90K/mmまでの温度勾配中で測定し、再現性の良いデータを得た。測定値は、過去に提案されている理論式、実験式に比べて大きな値を示し、温度勾配の小さな場での少数の測定値のみを基に作られたこれまでの理論式、実験式の問題点を明らかにした。温度勾配および粒径に対する依存関係も過去の式とは異なっていることがわかった。

Research Products

• [Publications] 土橋 律, 大井 洋介, 戸田 顕, 平野 敏右: "自然対流を制御した場における熱泳動速度の測定" 粉体工学会1997年度春期研究発表会講演論文集. 121-125 (1997)
• [Publications] 土橋 律, 戸田 顕, 大井 洋介, 平野 敏右: "Thermophoresisによる粒子移動現象の計測" 燃焼の科学と技術. Vol.5. 243-255 (1998)