マイクロフルイディックス分野における流れの可視化法の構築

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650240
• Research Institution: IBARAKI NATIONAL COLLEGE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 柴田 裕一 茨城工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (70178911)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 押久保 武 茨城工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (80123983)
• Keywords: マイクロフルイディックス / 流れの可視化 / 気液二相流 / マイクロチャンネル / キャピラリー / 混合 / 気泡の浮力 / スラグ流

Research Abstract

本年度は、科研費申請の最終年度(2年計画)で、流路の作成や可視化の基礎実験のまとめを行った。流路については、ガラス製の円管、Y字型のガラス管、ワイヤーカットで金属片に溝を加工した流路および石英ガラスで作成したT字型のマイクロチャンネルなどを用いて、流動現象を観察した。本実験で構築した可視化の実験装置を用いて、これらの流路についての可視化の実験を行った。その結果、次のことが分かった。ガラス管の実験では、直径が130μm、200μmの円管を用いて、特にキャピラリーの可視化実験を行った。その結果、顕微鏡やズームレンズで管内部を拡大して界面の流動や形状をとらえることができた。Y字型の流路では、色素の付いた流体と水をY字管に流して色素の混合する様子を観察した。その結果、当初、言われていた顕著な混合促進効果については期待できないことが分かった。ワイヤーカットで作成した流路では、熱伝達特性も加えて実験を行った。実験の結果、伝熱促進の効果がみられた。最後にT字型マイクロチャンネルの流路では気液二相流の研究を行った。その結果、T字型チャンネルを立てた場合とねかせた場合とでは、流動様式が異なることが分かった。その影響は、気泡の浮力、界面の表面張力が大きく影響していると考えられる。流動現象は大きく3つに分けられる。下流ではスラグ流になるが、その流動は流量に大きく依存する。また、気相の層が液体の流れにより引きちぎられて、小さな気泡になることが分かった。そのメカニズムは比較的安定で、今後の気液二相流の制御やマイクロバブルの利用に大きく貢献できる数多くの知見を得た。これらの実験結果については、日本機械学会の茨城講演会で発表して、さらに7月の国際会議で発表する予定である。

Research Products

• [Publications] 柴田 裕一: "マイクロT字型管を用いた気液二相流の研究"日本機械学会関東支部、茨城講演会講演論文集. 2002-9-13,813. 219-220 (2002)
• [Publications] Yuichi Shibata: "STUDY ON TWO-PHASE FLOW THROUGH A MICRO T-JUNCTION"4^<th> ASME-JSME JOINT FLUIDS ENGINEERING CONFERRENCE. FEDSM2003-45385(CD配布予定). (2003)