温度場・濃度場同時計測システムの開発と融液晶析に及ぼす二重拡散対流の影響

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650808
• Research Institution: Toyama University
• Principal Investigator: 吉田 正道 富山大学, 工学部, 助教授 (70230761)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山根 岳志 富山大学, 工学部, 助手 (60272895)
• Keywords: 二重拡散 / 自然対流 / 濃度場 / 濃度計測 / 同時可視化 / レーザホログラフィー / LIF

Research Abstract

本研究では熱対流と溶質対流の共存により発生する二重拡散対流のメカニズムを明らかにすべく,He-Neレーザによるレーザホログラフィー法(HI),およびArレーザによるレーザ誘起蛍光法(LIF)を併用した「温度場・濃度場の同時計測システムの開発」に関する基礎研究を行った.
まず,Na_2CO_3水溶液の二層系二重拡散対流に対してHIを適用し,得られる干渉縞から局所濃度の算出を試みた.それには,干渉縞は等屈折率線と一致すること,屈折率は温度と濃度によって決まることが利用され,その結果,擬定常状態における任意時間の局所濃度分布が干渉縞と実測された局所温度分布から算出された.また,干渉縞より求められた濃度は妥当なものであった.
HIにおいて局所温度を用いて濃度の算出がなされたことより,温度が場として得られるとき濃度場の算出が可能となる.そこで,Arレーザ照射によるローダミンBの蛍光が温度に依存することを利用したLIFによる液相内温度場の可視化について検討を行った.そこでは蛍光を捉える実験技術の開発がなされると共に,画像処理装置を用いて,得られた蛍光画像における三刺激値(RGB値)を解析した結果,蛍光に対してR値が最も支配的であり,またR値に直線的な温度依存性(低温であるほど高輝度となる)が確認された.これの利用により蛍光画象の定量化(温度場の算出)が可能となった.
また,安定温度・濃度成層場に対して試験的に濃度場の計測を試みたところ,±5%の誤差での計測が可能であった.さらに,実用を考えた2台のカメラを用いてのHI・LIF両画像同時取得を実現するための光学系の提案がなされ,今後の方向性が示された.

Research Products

• [Publications] 山根岳志, 吉田正道, 宮下尚: "レーザホログラフィーによる2層系二重拡散対流場の濃度計測"化学工学論文集. 28. 49-54 (2002)
• [Publications] 山根岳志, 吉田正道, 宮下尚: "レーザホログラフィーを用いた2層系二重拡散対流の可視化"化学工学論文集. 27. 278-281 (2001)
• [Publications] 山根岳志, 吉田正道, 宮下尚: "水平温度勾配による2層系二重拡散対流の可視化と数値解析"化学装置における種々の流体の流動状態に関する数値解析と可視化技術 化学工学シンポジウムシリーズ. 75. 70-79 (2001)
• [Publications] 山根岳志, 高田祐治, 稲場昌子, 吉田正道, 宮下尚: "LIFおよびレーザホログラフィー法を併用した液相内濃度場計測法の開発"化学工学会第67年会発表講演要旨集. 218 (2002)