2016 Fiscal Year Research-status Report
流れを伴う界面への界面活性剤の吸脱着現象の実験的解明とモデル化
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16K06083
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
細川 茂雄 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (10252793)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨山 明男 神戸大学, 工学研究科, 教授 (30211402)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 混相流 / 界面 / 界面活性剤 / 吸着・脱離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多くの工業分野,自然界において気泡や液滴を含む流れが見られるが,界面活性剤などの汚染物質が含まれる場合,気泡/液滴と周囲流体間の運動量/熱/物質移動が清浄系と異なることが知られている.しかし,流動系における界面への界面活性剤の吸着/脱着に関する知見は少なく,数値予測においても静的な系における吸脱着モデルが利用されているが,その妥当性検証は全くなされていない.本研究では,高精度速度分布計測に基づく界面上界面活性剤濃度評価手法を構築するとともに,流動系における界面活性剤の吸着/脱着特性を明らかすること，および現在使用されている静的な吸脱着モデルの妥当性を検証することを目的とする.
平成28年度は,計測手法構築・検証および数値計算基礎コードの開発を行った. 計測手法構築に関しては，時空間フィルタ流速系(SFV)により測定した界面近傍速度分布から界面内外に作用する剪断応力を算出し,その差からマランゴニ応力を評価した後,マランゴニ応力から界面張力の分布を評価するプログラムを開発した.さらに,界面張力の変化が界面への界面活性剤の吸着 に起因することから,界面上界面活性剤濃度Γを界面張力から算出するプログラムも開発した.また，清浄系と完全な汚染系において静止シリコンオイル中を沈降する単一球形グリセリン水溶液液滴を対象にSFVを用いた速度測定を実施し,得られた速度場から界面張力,界面上界面活性剤濃を算出するととも に,実験結果と既存の知見を比較検討し,計測手法の妥当性を検証した.さらに,種々の汚染度合いにおける界面上界面活性剤濃度を測定し, 液体中の界面活性剤濃度が界面の汚染度合いに及ぼす影響を調べるとともに，液滴の沈降に伴う界面上界面活性剤濃度の時間変化を捉えられることえを確認した.さらに，吸脱着モデル評価に資する界面追跡法に基づく数値予測手法の基盤コードを開発した.
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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
当初計画通り，１）時空間フィルタ流速系(SFV)により測定した界面近傍速度分布から界面内外に作用する剪断応力を算出し,その差からマランゴニ応力を評価し，その後，マランゴニ応力から界面張力および界面上界面活性剤濃度を算出するプログラムを開発した．また，２）清浄系と完全な汚染系の球形液滴を対象に実験結果と既存の知見を比較検討し，計測手法の妥当性を検証するとともに，基準条件における吸脱着特性を調査した．さらに，吸脱着モデル評価に資する界面追跡法に基づく数値予測手法の基盤コードを開発した．以上のように当初計画どおりに研究が進展しており，概ね順調に進展していると評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
前述の通り当初計画通りに順調に進展しており，今後も当初計画に従い，１）界面への界面活性剤の吸脱着特性に関する実験データベースの構築，２）静的な吸脱着モデルを用いた数値計算の実施とその妥当性評価を実施したのち，既存の性的な旧脱着モデルが流動系界面に適用できない場合には、モデル化に必要な実験を実施し流動系における吸脱着現象の理解を深めるとともに新しいモデルの開発を試みる．
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