2017 Fiscal Year Research-status Report
フローフォーカッシングを利用した粒子懸濁液の粒子配向観察技術の開発
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16K06099
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| Research Institution | Tsuyama National College of Technology |
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Principal Investigator |
加藤 学 津山工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (20370017)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 濃厚系懸濁液 / 平面伸張流動 / フローフォーカッシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粒子分散濃度が高い濃厚系懸濁液において流れ場の中の粒子の運動を直接観察することは，懸濁液の流動を理解する上で非常に重要である．しかし，濃厚系の場合には，手前側の粒子の陰になって流路中央領域の流れ場での粒子の運動は観察ができない．本研究では，濃厚系粒子懸濁液における流動中の粒子運動を直接観察する技術の開発を行う．これまでにフローフォーカッシングの技術を用いて粒子懸濁液をフィルム状流れ場として粒子の運動を観察する技術を開発した．平成２８年度までに本手法を用いて，粒子の回転の様子を捉えることが可能となり，粒子同士の接触や壁面の影響によって回転運動が阻害されることが確認できた．他方で，濃厚系の試験流体において粒子を一様に分散させることが困難であり，濃厚系での観察結果が得られなかった．
平成２９年度では，本手法によって作り出す流れ場の理解をさらに進めるために，二次元ポアズイユ流れの速度分布と粒子の移動から求めた速度分布の比較を行った．その結果，中央を流れる懸濁液の流れ場はほぼ二次元ポアズイユ流れとなっていることを確認した．さらに，濃厚系懸濁液においての実験を可能とするために流路および試験流体を供給する手法の一部改良を実施するとともに，粒子をトレースするためにカメラのトラバース装置の追加を実施した．球形状の粒子として直径50 μm（日本カノマックス社製）と繊維状の粒子として直径10 μm×繊維長0.4 mm（新ニッセン製）について，分散媒は水飴水溶液として濃厚系懸濁液(濃度10wt%)を作成し，改良した装置を用いて粒子の運動の観察を行った．その結果，濃厚系懸濁液においても流路へ安定的に供給が可能となり，粒子の移動の様子を確認することができた．
平成３０年度では，濃厚系懸濁液の急縮小急拡大流路を通過する流れ場において直接観察とクロルニコルを使った偏向観察を実施する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
濃厚系の懸濁液を流路に供給することが予想以上に困難であった．レイノルズ数を１以下に抑えるために非常にゆっくりと流体の供給を行う．そのために，リザーバー部から流路へ供給して観察領域に到達するまでの間に重力または浮力の影響で粒子が不均一となる．結果として，観察領域に粒子を均一に分散させることができなかった．この問題を解決するために流路および流体の供給方法を改良が必要となった．これらの対応のために若干の遅れが生じている．平成２９年度中にこれらの問題は解決したので，平成３０年度中には遅れは取り戻すことが可能である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度，平成２９年度に開発した二種類の可視化技術を急縮小流路，急拡大流路に適用して，これらの流れ場における粒子の運動を観察する．フローフォーカッシング(合流)領域の下流に，観察したい流路を設置することで様々な流れ場における特定平面上の懸濁粒子の配向状況を知ることができる．本研究では本手法の有効性の検証として，工業的に重要な流れ場である急縮小・急拡大を対象として実験を行う．これまでは，手前の粒子によって邪魔されて観察することが困難であった流路中央の領域において，準希薄系・濃厚系粒子懸濁液の急縮小・急拡大流れにおける粒子の振る舞いを直接観察する．観察結果より，粒子の配向分布を解析し，市販のソフトウェアを用いてFolgar-Tuckerモデルとの比較から本手法の評価を行う．
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| Causes of Carryover |
購入予定であったクロスニコル用の光学系が，計画よりもシンプルな構造で目的とする測定が可能であった．さらに，カメラのトラバース装置を平成２９年度では外部コンピューターを用いずに計測を実施したためである．
次年度使用額の使用計画は，流体を供給する手法を圧力制御に変えたために，圧力制御用のレギュレーターの購入およびトラバース装置制御用ノートPCを購入する．
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