2016 Fiscal Year Research-status Report
粘弾性ナノ流体による抵抗低減流れにおける伝熱促進に関する基礎研究
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16K06074
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
本澤 政明 静岡大学, 工学部, 助教 (50516185)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 粘弾性ナノ流体 / 粘弾性流体 / ナノ流体 / 抵抗低減 / 伝熱促進 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粒径がナノオーダーの超微粒子（ナノ粒子）を添加した液体はナノ流体と呼ばれ，ナノ粒子の添加により添加前の溶媒と比較して熱伝導率が増加する．このため，熱輸送流体としての応用が期待されている．一方，粘弾性流体は液体が有する粘性に加えて弾性的な性質が加わった流体で，ある種の界面活性剤溶液やポリマー溶液がこれに相当する．粘弾性流体の大きな特徴は．乱流下において流れの摩擦抵抗を大幅に低減することが挙げられる．従って，ポンプ動力の低減など大きな省エネルギー効果が期待されている．しかしながら，粘弾性流体による抵抗低減流れの問題点は乱流拡散の抑制による伝熱低下にある．そこで，本研究では，両者の長所を踏まえ，粘弾性流体にナノ粒子を添加した液体（本研究では，粘弾性ナノ流体と呼ぶ）を用いて，粘弾性流体による抵抗低減流れにおける伝熱抑制の改善，もしくは伝熱促進を図ることを目的としている．
本年度は研究実施の初年度に当たり，実施計画を下に研究を進めており，以下に示すような結果が得られている．
１．粘弾性ナノ流体の作成と基礎物性測定：今年度は，市販のナノ流体に界面活性剤もしくは水溶性ポリマーを溶解することにより，粘弾性ナノ流体を作成し，基礎物性として熱伝導率を測定した．界面活性剤，水溶性ポリマーの添加により内部のナノ粒子の被覆状態が異なり，熱伝導率に影響を与えるもの予想され，熱伝導率とナノ粒子の体積濃度・粘弾性流体の濃度の特長的な関係を得ることが出来た．
２．試験流路・実験装置の作成・予備試験：ポンプ，直流電源等を購入し，実験装置の作成を行った．予備試験として，水の伝熱特性，粘弾性流体による抵抗低減を調べることで作成した装置の検定を行った．
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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
実施計画の初年度の計画に記したとおり，粘弾性ナノ流体の作成を試み，熱伝導率の測定を行い，熱伝導率・ナノ粒子の体積濃度・粘弾性流体の濃度の関係を得ている．一方，流動場における実験においても，実験装置の構築が完了し，予備試験として，水の伝熱特性や粘弾性流体の抵抗低減などを確認し，装置の検定も完了した．さらに，次年度開始予定の粘弾性ナノ流体の伝熱特性についても実験を開始しており，研究は概ね順調に進行している．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度も引き続き，粘弾性ナノ流体の作成，基礎物性計測を実施し，より特性の優れた粘弾性ナノ流体を模索する予定である．その過程で，特にレオロジー特性にも着目した基礎物性測定を行い，より精度の高い性能評価を行う予定である．流動場については，粘弾性流体として界面活性剤・ポリマー溶液双方をベース流体とした粘弾性ナノ流体の特性を調べる予定である．
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| Causes of Carryover |
今年度は，主に試験流路・実験装置の作成と成果発表・調査旅費に使用した．実験装置の作成では，主にポンプ・通電過熱による試験流路作成のための直流電源，流路材料の購入に充て，装置は自作した．微差圧センサーは，現状では自作のマノメータで事足りたため，購入しなかった．旅費については，乱流に関する国際会議や国内学会に出席し，これまでの成果を発表すると共に，抵抗低減に関する調査を行った．以上から，今年度に購入を検討していた高額なセンサー類や装置作成の費用を抑える事が出来たため，次年度に繰り越すこととした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は，主に粘弾性ナノ流体における試験を実施するため，多種多量のナノ流体・ナノ粒子を購入予定である．必要に応じ装置の改修や改良を行い，センサー・流路部品等の消耗品を購入する予定である．また，国内外の会議に出席し，成果発表・情報調査を行う予定で旅費や論文投稿料として使用する予定である．
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