2018 Fiscal Year Annual Research Report
Model for non-equimolar counter diffusion in molecular diffusion region by breaking down the phenomena
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16K06831
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
甲斐 敬美 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (00177312)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 拡散 / Grahamの法則 / 非等モル / 分子拡散 / 相互拡散 / 分離操作 / 多孔質体 / 物質移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
等圧条件における多孔質体での気相二成分相互拡散が非等モル拡散であることは1833 年に報告されている。その後、この現象はGraham の法則と呼ばれるようになったが、これまでに提案されてきた現象を説明するモデルはすべて「等モル相互拡散係数」を使っているため、前提条件や導出過程に問題がある。本研究では、この現象を明快に説明するモデルを構築し、その検証を行うことを目的とした。分子の速さと他の分子との衝突に影響されるそれぞれの分子の運動を考慮し、これに対する固有の拡散係数を分子運動論に基づいて定めた。さらに、この運動によって生じる微小な圧力勾配による逆方向の流れは固体の壁による粘性抵抗を受けるという単純な考え方をいれることによって、Grahamの法則を含め多成分系での拡散現象を合理的に説明できるモデルを提案した。いくつかの径での粒子充てん層およびキャピラリーを通した定容系での多くの組み合わせでの二成分系のガス交換実験を行い、実験結果と圧力変化の結果が提案したモデルによる計算値がフィッティングパラメータを用いずともよい一致を示したことから、モデルの妥当性を確認することができた。多孔質内での拡散は、多孔質触媒、燃料電池の電極やマイクロチャンネル内でのガス交換速度を正確に評価するために重要なパラメータである。等モル相互拡散係数は化学工学の分野において拡散現象の解析に極めて有用な考え方であるが、基本的にはいくつかの現象をまとめて表す近似的な係数である。しかし、設計ツールとして化学工学の考え方を生かしていくためには、小さな空間での複雑な現象での推算の精度を高めることは今後ますます重要になってくると思われる。また、本研究のきっかけとなった流動層での異常現象のように、拡散のスケールとはかけ離れて、一見関連性がないような様々なプロセスにおける現象の解明にも役立つと思われる。
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Research Products
(5 results)
