2018 Fiscal Year Annual Research Report
Fundamental Study on Improvement of Heat Transfer in Drag Reduced Flow by Viscoelastic Nanofluid
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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, 准教授 (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 |
ある種の界面活性剤水溶液は，乱流の流れにおいて流動抵抗が大幅に低減する事が知られている．この流体は粘性に加えて弾性的な性質を併せ持っており，粘弾性流体と呼ばれる．一方，粒径がナノオーダーの超微粒子を流れに添加することで，伝熱促進を図ることが提案されており，このような流体はナノ流体と呼ばれている．粘弾性流体の抵抗低減流れにおける欠点は伝熱低下にあり，本研究では粘弾性流体の流れに対して，ナノ粒子を添加する（本研究では，このような流体を「粘弾性ナノ流体」と呼ぶ）ことで低下した伝熱の改善を図ることを目的としている．今年度は研究実施3年目にあたり，2年目までの成果，実施計画を踏まえ，次の通り実施した．
本研究では，市販のナノ流体に界面活性剤を溶解することで粘弾性ナノ流体を作成している．2年目までに内部粒子の形状・粒径・熱伝導率の異なる種々のナノ流体を用いて，粘弾性ナノ流体を作成し，熱流動特性を調べた結果，カーボンナノチューブ（CNT）の粘弾性ナノ流体において，抵抗低減効果の持続，伝熱抑制に対する改善効果が得られた．この結果を踏まえ，今年度はファイバー状のナノ粒子に着目した．特に天然由来で環境負荷の小さなセルロースナノファイバー（CNF）を取り上げ，ファイバー長さ，ファイバー濃度を変化させて熱流動特性を調べた．その結果，球状のナノ粒子添加では失われる傾向のあった抵抗低減は，ファイバー状のものでは抵抗低減効果の消失を抑制することが出来，抵抗低減が発現する流動条件も変化する事が分かった．これは，粘弾性流体へのファイバー添加によるレオロジー特性変化の新たな知見と考える．一方で，CNF自体の熱伝導率が低いため，CNTと比較して伝熱改善効果は弱かった．以上から，本研究の目的を達しうる粘弾性ナノ流体として，ファイバー状で熱伝導率の大きなナノ粒子を用いることが効果的であるという指針が示された．
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