2017 Fiscal Year Research-status Report
反応界面レオロジーを基軸とする液相反応流研究の展開
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16K06068
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
長津 雄一郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60372538)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 液相反応流 / Viscous fingering / 界面レオロジー / 流体力学不安定 / LAOS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高粘性流体が多孔質媒質やHere-Shawセル内で低粘性流体に置換される際、二流体の界面は不安定になり指状に広がる。この現象をViscous Fingering (VF)といい、特に化学反応を伴うVFは石油の回収過程や生体内での物質輸送過程など様々なプロセスに影響を及ぼしている。近年、二流体界面における化学反応で生じるゲルがVF流動場に及ぼす影響が注目されている。本研究では、界面LAOS(Large amplitude oscillatory shear: 大振幅振動せん断)粘弾性測定を行い、二流体反応界面において生成されるゲルの大変形下での粘弾性特性とゲル生成がVF流動場に及ぼす影響の相関を調べ、ゲル生成反応を伴うVFの基本的な特性を明らかにすることを目的とした。
ゲル生成を伴う反応流実験を３系行った。本実験条件では、非反応系では流量に関係なくFingeringパターンが形成された。反応系では、ポリアクリル酸（SPA）水溶液を用いた 系では低流量でFractureパターンが形成された。キサンタンガム（XG）水溶液を用いた系では高流量でFractureパターンが形成された。アルギン酸ナトリウム（SA）を用いた系では本実験範囲Fractureパターンが形成されなかった。これらの違いはそれぞれの系における反応界面で形成されたゲルの大変形下でのレオロジー特性の差異に起因すると考え、反応界面で形成されたゲルのLAOS測定を実行した。SPA系ではひずみγがγ＝7％でゲルが崩壊する挙動と、γが大きくなると弾性が低下する挙動が観察された。XG系ではγ＝25％でゲルが崩壊する挙動と、調べたγの範囲に対して比較的大きい弾性を示した。SA系ではゲルが崩壊するが観察されなかた。これらのVF結果と界面LAOS結果からfractureパターンは二流体界面に生じるゲルがある程度の弾性を持ち、その一部分が壊れることによって生じるというメカニズムを提示した。
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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
高粘性液体に高粘度のポリマー水溶液（非ニュートン流体）、低粘性液体にニュートン流体を用いたViscous fingering研究において、反応粘弾性界面によるFractureパターンの形成に関する研究に関しては、一定の成果を得ることができた。今回の結果は粘弾性界面を伴う流体力学に関して、界面LAOS測定が有用であることを初めて実証した結果になる。今後この結果は論文執筆する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、高粘性液体にポリマー水溶液（非ニュートン流体）、低粘性液体にニュートン流体を用いたViscous fingering研究において、反応粘弾性界面によるFractureパターンの形成に関する研究に関して、溶液・反応系を追加し、得られた結果の一般性を検討する。
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