2008 Fiscal Year Annual Research Report
抵抗低減流体の壁面極近傍流動特性と乱流抵抗低減メカニズムに関する研究
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20760117
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
小方 聡 Tokyo Metropolitan University, 東京理工学研究科, 准教授 (50315751)
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| Keywords | 抵抗低減 / 非ニュートン流体 / エバネッセント光 / 流体工学 |
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| Research Abstract |
高分子や界面活性剤に代表される添加剤は, 流体の流動における抵抗を大きく減少させる効果を持つ. この抵抗減少効果に関連する研究は, 近年の省エネルギー問題に密接に関わることから, 非常に重要な研究テーマの一つである. 抵抗減少効果のメカニズムに関しては, 高分子の分子鎖の絡み合いや界面活性剤ミセルの絡み合いが乱れを抑制することが報告されている. しかしながら, 実際にそれらの絡み合いを流れ場中で観察した研究はなされておらず, 現時点では推測の域を出ていない. 本研究はこれらの抵抗低減流体の低減メカニズムをミクロ的な見地から明らかにすることを目的としている. 抵抗低減のメカニズムは特に壁近傍の流れが重要であるため, 測定には従来の研究で用いてきたエバネッセント光顕微鏡を用い壁面極近傍に絞ってその挙動を明らかにする.
本年度は壁面近傍流れの測定方法や測定精度・測定誤差を明らかにすることを目的とし, 流れ場中における速度分布測定方法の確立および圧力損失測定方法の確立を行った. 得られた成果は以下のようにまとめられる.
(1)エバネッセント光顕微鏡による壁面極近傍のニュートン流体の挙動を観察した. 従来の直径100nmの蛍光粒子に加え, 直径20nmの蛍光粒子をトレーサに用いた. そして, 壁面極近傍(壁面から50nmの位置)の蒸留水の速度分布を詳細に得ることが出来た. この50nmは従来の速度分布測定限界を5分の1に縮めるものであり, マイクロPIVの観点から非常に意義のある結果である.
(2)流路高さ500μmのマイクロチャンネルの蒸留水に対する圧力損失測定を行い, 理論値と非常に良く一致する結果を得た. マイクロチャンネルの圧力損失を正確に測定することは非常に難しいが, 装置を精度良く作製することでそれを可能とした. この結果は次年度の研究目的を達成させるために非常に重要な結果である.
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