2018 Fiscal Year Research-status Report
Investigation and modelling of complex flow with phase change in microchannels
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18K03976
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松本 充弘 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10229578)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 流体相変化 / マイクロチャネル / 可視化実験 / 表面粗さ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題研究は，蒸気洗浄による積層鋼板の絶縁油除去を発端として，10μmスケールの平板間隙に閉じ込められた液体が減圧下で示す複雑流れを対象として，可視化実験によるデータ解析と流体物性に基づく物理化学的モデリングを行うものである．
初年度は，以下の研究を行った：
(1) ガラス板と高速度カメラによる可視化実験を行い，減圧下での板間隙からの蒸発速度や沸騰の進行に伴う濡れ領域・流路形状の時間変化を定量的に解析した．特に，間隙内流動に及ぼす壁面粗さの影響を調べるため，表面粗さの異なる流路を作成し，水やエタノールなどのテスト流体を用いた実験データを採取する．その遂行のため，サンドブラスト装置を導入し，粒径の異なる研磨材を用いてさまざまな表面粗さをもつガラス板による流路作成を試み，10μmから100μm程度の範囲で均一な壁面粗さをもつ流路の作成に成功した．
(2) 従来のviscous fingeringモデルなどでは考慮されていない，突沸やキャビテーションにともなう波動伝搬など，低粘度流体に特有の現象を扱う数理モデルを構築するため，減圧下での間隙からの蒸発現象の解析に加えて，毛管力により間隙内に流体が入り込むimbibition現象の解析を行った．
(3) Imbibitionの実験結果を対象として，従来，毛管や多孔体内流れの解析によく用いられてきたLucas-Washburn(LW)モデルを外場（重力場）の効果も考慮するように拡張したモデルにより解析した．
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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，本補助金にてサンドブラスト装置を導入し，各種粒径の研磨材を用いることで，1μmから100μm程度の間で５段階ほど異なる表面粗さをもつガラス板を作成することができるようになった．
このガラス板サンプルを使って，間隙からの液体蒸発実験をおこない，表面粗さが間隙内流動のパターンや流動速度・蒸発速度に与える影響の定量解析を行いつつあり，その結果の一部は，2019年7月の国際会議で報告する予定である．
また，同じガラス板サンプルを用いた imbibition現象の実験とデータ解析も進めており，表面粗さがimbibition速度に与える影響が議論できるようになってきた．その結果の一部は，2019年12月の国際会議で報告する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究目的に鑑みて，次の計画を立て，取り組みを始めている．
(1) サンドブラスト加工時にガラス板の一部をマスクすることにより，面全体が均一な粗さを持つ場合だけではなく，場所により粗さを変えたり，１方向にのみ流動するような流路を作成したりする試みを行う．これによりモデル構築と検証が容易になると期待される．
(2) やや粗めの表面粗さをもつ流路を対象として，蛍光微粒子を混入した液体流動の可視化実験をおこない，PIV計測法より局所流速を求める．
(3) 毛管中の流動解析に従来よく用いられているLWモデルを出発点とし，表面粗さに由来する流路幅のゆらぎなどを考慮した新しいモデルの開発，ならびに実験との比較検証をおこなう．
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| Causes of Carryover |
ほぼ計画通りに物品費（備品：サンドブラスト装置一式，消耗品：研磨材・ガラス板・試薬等）ならびに旅費（国際会議出張費等）に使用したが，試薬などの消費が予定よりやや少なかったために16万円強の剰余となった．剰余分は次年度分とともに，引き続き実験のための消耗品購入や旅費に充てる予定である．
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Research Products
(3 results)
