2018 Fiscal Year Annual Research Report

Development of study of reacting liquid flow based on reactive interfacial rheology

Research Project

Project/Area Number	16K06068
Research Institution	Tokyo University of Agriculture and Technology
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)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	液相反応流 / Viscous fingering / 界面レオロジー / 流体力学不安定 / LAOS
Outline of Annual Research Achievements	ケミカルガーデンは沈殿を生成する反応を利用した実験である。これは通常水ガラスと呼ばれるケイ酸ナトリウム水溶液中に塩化コバルトなどの金属塩の種を入れることで沈殿が連続的に生成し、下方または上方に延びていく現象である。近年この現象をヘレショウセル内で行う擬似２Dケミカルガーデン実験についての報告が複数されている。ヘレショウセル内で行うことによって流動と沈殿の複合ダイナミクス（反応流）として観察することができる。さらに、重力項をほぼ無視することができ得られた実験結果は平面パターンとして容易に分析することが可能である。現在までの研究において、擬２Dケミカルガーデンパターンは濃度による沈殿の凝集性について議論されてきたが、我々は界面レオロジーを用いてその界面の沈殿相に関する詳細な評価を与え、パターン形成のメカニズムを提唱することができるのではないかと考えた。まず、溶液濃度によって界面で生成する沈殿相を評価するため線形粘弾性測定Small Amplitude Oscillatory Shear;SAOS実験を行なった。擬２Dケミカルガーデンパターン実験では流動により大きなせん断が界面にかかっていると予想される。これに対応させるため非線形の粘弾性応答を調べる非線形粘弾性測定Large Amplitude Oscillatory Shear;LAOS実験を行なった。線形粘弾性測定および非線形粘弾性測定を用いて擬２Dケミカルガーデンパターンにおける濃度・流量の差によるパターンの違いを考察した。線形粘弾性測定では塩化コバルト濃度の違いによってできる界面粘弾性物質の粘弾性特性が異なることを示した。また非線形粘弾性測定では界面の沈殿の凝集の程度の違いや、ひずみを変えたときのひずみ硬化率についての説明も行った。流量を上げるとパターンが変化するのは粘弾性界面（沈殿相）のひずみ硬化によるのではないかと提言した。