2018 Fiscal Year Research-status Report
感温性ゲル微粒子の運動により誘起される流動および熱輸送
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17K06191
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
長谷川 雅人 金沢大学, 機械工学系, 助教 (40324107)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 伝熱促進 / 機能性粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，温度による体積の変化が顕著である感温性ゲルの微粒子を液中に分散させることにより，通常安定成層を形成する上部加熱・下部冷却系において粒
子の浮沈によって生じる流動，あるいは粒子自身による熱輸送など，熱伝導と異なる熱輸送現象を発現させることを目的とし，感温性ゲル微粒子の作成方法の確 立，周囲流体(高分子水溶液)の特性・適正条件の検討，微粒子運動・対流現象の観察・計測による運動特性の把握，温度計測による伝熱特性の検討を行う．
平成30年度は，ゲル粒子の浮沈挙動のメカニズムを解明するための基礎データとして,従来の浮沈挙動観察実験において良好な結果を示した直径1.3mm（25℃水中測定）の多孔質化N-イソプロピルアクリルアミドゲルを使用し,高分子水溶液にはポリアクリル酸ナトリウム11wt%水溶液を使用して，10℃から40℃までの5℃ごとに水溶液の密度，粘度，水溶液中における粒子径を測定し，さらに，粒子の沈降・浮上運動の終端速度と前述の諸量から水溶液中における粒子の(質量)密度を推定した．これらの結果を踏まえると，上部加熱・下部冷却の水溶液中では，周囲流体密度と粒子密度が等しい領域が存在し粒子は反復的な浮沈挙動を示すことなくその位置で静止することになる．一方で，周囲流体を低温時10℃，高温時40℃として，10分ごとに定温・ランプ状変温の変化を与えたところ，ゲル粒子径の変化は流体温度変化に対し10分程度の遅れを示した．定常状態の粒子径まで膨潤・収縮するのに一定程度時間を要することが，反復的な粒子の浮沈挙動に影響を及ぼしていると考えられる．
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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
上記の成果のほかにも，より大きな粒子の生成，粒子間および粒子-固体壁間の付着を防止するための粒子表面の付加層の形成，粒子浮沈現象運動のモデル化，水溶液温度分布や伝熱面における熱流束を測定する装置の作成，に取り組み，球形型へのキャストにより3mm，6mm径の粒子生成に成功し，表面層の形成も確認できた．また，モデル式の導出，実験装置の作成も進めており概ね順調に進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
進捗状況で示した項目について，モデル式の導出と基礎的条件の計測はほぼ実施済であり，計測による把握が困難な粒子内の熱・物質移動については簡略モデルを設定したうえで粒子の変位を実験値と比較検討する．付着防止層生成については撹拌装置を改良しつつ再現性のある実験を行う．粒子運動の温度場への影響についてはゲル粒子の有無により定常分布，あるいは初期一様温度状態から定常分布に達するまでの変化，伝熱面での熱流束に相違がみられるか確かめる．
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