2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a Surfactant Separator by Using Taylor Flows in Microchannels
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20K04267
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
林 公祐 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (60455152)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨山 明男 神戸大学, 工学研究科, 教授 (30211402)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 微細流路 / 気泡 / 混相流 / 界面活性剤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
界面活性剤を含む微細流路内テイラー流の特性を解明するとともに，テイラー流を利用した高効率界面活性剤分離技術の基盤を確立することを目的として各要素研究を推進してきた．微細流路内テイラー気泡の気泡長さおよびスラグユニットに及ぼす界面活性剤の影響について，500 um微細流路においてスクイージング及びドリッピング分裂モードの様式マップを作成し，それぞれの様式における界面活性剤効果を詳しく調べた．その結果，界面活性剤による表面張力低下による分裂促進と表面張力勾配形成に伴うマランゴニ応力の競合においてはハッタ数と吸脱着時定数に基づいて気泡長さ変化に及ぼす界面活性剤効果を議論できることを明らかにした．界面活性剤分離器開発について，テイラーユニットのボイド率，気泡速度，気泡表面積，気泡数などの諸量の計測精度を見直し，界面活性剤分離率のより精度のよいデータを取得した．微細流路内気泡画像の観察により，表面張力計測から得た表面被覆率と気泡形状に相関があることを明らかにした．一方，微細流路通過後の分離槽における気泡挙動についても推進し，界面活性剤が気泡抗力および揚力に及ぼす影響に関する知識を拡充した．研究期間全体を通して，（１）微細流路内テイラー流に界面活性剤が及ぼす影響について，種々の気相・液相流量における分裂モードを把握するとともに，それらの分裂モードにおける気泡長さ変化の機構を把握し，（２）（１）を基本情報として，微細流路内テイラー流を用いた界面活性剤分離器の実現性を実証し，（３）（２）の研究成果により微細流路内気泡の界面活性剤被覆率を表面張力計測により間接的に評価できることを明らかにするとともに，（４）分離気泡挙動について抗力・揚力の整理を推し進めて流体力学的に重要な知見を得た．
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