2019 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of thermophysical properties for liquid thin film
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17K14612
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| Research Institution | Akashi National College of Technology |
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Principal Investigator |
田中 誠一 明石工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (00599251)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 石けん膜 / 液体薄膜 / 固体薄膜 / 薄膜 / 熱物性 / 非定常短細加熱線法 / 散逸分子動力学法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、液体薄膜の熱伝導率・熱拡散率の測定技術を確立し、界面の両親媒性分子の配向による熱物性値の変化やその熱輸送特性の解明を目的に実施し以下の成果を得た。
■石けん膜の熱物性値測定システムの開発および測定：本測定系は、(1)石けん膜を張る枠と加熱細線が一体となった測定プローブ、(2)透過率波長分布を用いた膜厚測定光学系、(3)石けん膜の成膜環境を安定させる恒温槽、(4)石けん膜の温度上昇計算および熱物性値推定プログラム、から成る。提案の装置に以下の改良を行った。(1)は従来の矩形から円形に変更し、枠には櫛歯形状を小さく配置することで膜保持性を向上し、また細線寸法が推定結果に及ぼす影響を計算し最適な寸法に変更した。(2)および(3)は一体とし、(1)測定プローブを取り付けることで温度上昇および膜厚を同時測定可能とした。(4)は薄膜の細線近傍の形状をSEMで観察および光源を入射してマイクロスコープで形状測定し、計算モデルを修正した。さらに、細線近傍の計算格子寸法以下の形状を再現するために、格子内の固気液の体積分率を考慮した熱輸送計算とした。PVA水溶液等を対象に熱物性値の測定を行った結果バルク参照値の数倍が得られた。
■両親媒性分子の熱輸送特性解析と評価：エネルギー輸送を解析可能としたDPD 法（散逸粒子動力学法）を用いて両親媒性分子を混入した水に対し計算を行った結果、濃度によって形成されるミセルの形状が変化し、このときの系の熱伝導率がミセルの形成方向に依存することが分かった。さらに、両親媒性分子の配向による異方性、ミセルの存在による熱物性値への影響を本測定手法によって測定可能かどうか、液体薄膜に異方的な熱伝導率を与えた計算モデルで数値的に検証した。その結果、面方向の熱物性値は推定できるが垂直方向の熱物性値は細線の温度変化に大きく影響しないため推定が困難であることが分かった。
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