2016 Fiscal Year Research-status Report
気液界面制御可能な表面微細構造によるマイクロチャネルの流動抵抗・流入抵抗の低減
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15K05801
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
小方 聡 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (50315751)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 憲 東京理科大学, 工学部機械工学科, 助教 (70749100)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 抵抗低減 / 疎水性 / 親水性 / 表面粗さ / 表面張力 / 圧力損失 / 気液界面 / 流れの可視化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，気液界面を自在に制御可能な微細構造を創生し，それを用いてマイクロチャネル流れの流動抵抗と流入抵抗を同時に低減させることを目的としている．本年度は，親水性壁でも微細気泡の取り込みが可能な構造を明らかにし，流動抵抗に及ぼす微細構造の影響を実験的に調査した．
具体的には，微細構造を有するマイクロチャネルにおいて空気が満たされた状態から供試液体をチャネル内に流入させ，微細構造内に気液界面が形成される過程の可視化を行った．その結果，微細構造の形状および濡れ性の変化により三重線および気液界面の挙動が大きく変化することが定性的に明らかになった．これらの挙動は以下の4パターンに大別することができることを示した．（a）三重線が微細構造内に侵入せず，微細構造内に空気がトラップされる（気液界面形状は微細構造方向に凸），（b）三重線は微細構造内に侵入するが，微細構造内に空気がトラップされる（気液界面形状は微細構造方向に凹），（c）微細構造の壁面は完全に濡れるが，一部の空気は微細構造内に残留する（空気と壁面との間には液相が存在する），（d）微細構造の壁面が完全に濡れ，空気のトラップも起こらない．以上の4パターンのうち，（a）は前進接触角が閾値よりも大きい場合（本実験では約100°）に発生し，（b）～（d）は主流流速と三重線の速度，および微細構造の形状の関係によりどのパターンが出現するかが決定される．
以上の結果は，マイクロチャネルにおいて空気のトラップによる抵抗低減効果を得る目的で設けられる微細構造形状の最適化に有用であると考えられる．
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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
親水性壁面の場合に空気をトラップ出来る条件を見出すことが出来たため。これは当初出来ない可能性が高かった内容であったため、この条件の提示は本研究の進展に大きく寄与するものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定通りに、二重の粗さを有する壁面を作製し、入口損失と流動抵抗の低減を目指す予定である。
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