2022 Fiscal Year Annual Research Report
界面活性剤抵抗低減流れにおけるミセル組織構造と壁面近傍乱れ構造との関係
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20K04271
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
脇本 辰郎 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (10254385)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 抵抗低減 / 界面活性剤 / せん断誘起構造 / ミセル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
管内を流れる水流に，ある種の界面活性剤を微量添加すると著しく抵抗が低減されていることが知られている．このような抵抗低減流れでは，溶液中で活性剤分子が集合してミセルを形成し，さらに管内に生じるせん断流れでミセルが結合して巨大なせん断誘起構造(Shear Induced Structure，以後SISと表記)を形成している．このSISが乱れの成長を抑制していると考えられている．
本研究では，疎水性の蛍光物質がSIS内部に取り込まれる性質を利用して，蛍光強度からSISを検出する蛍光プローブ法を開発し，2021年度までに本手法を用いて，管内の各半径位置および種々のレイノルズ数でSISを局所検出するとともに，流速の平均値および変動強度を詳細に測定して，特に管壁管壁近傍のバッファー層に形成されるSISが抵抗低減に寄与していることを明らかにしてきた．しかし，これまでは，蛍光の強度を分光器で2秒以上露光して測定しており，時間平均した蛍光強度しか測定できていなかった．一般に乱流では，バッファー層付近で局所的な強い渦の生成が一定の周期で繰り返されるバースト現象が生じる．SISは極めて強いせん断があると破壊されるので，この渦の生成に呼応したSISの破壊と再生が渦の成長を抑制していることも考えられる．
そこで2022年度は蛍光強度を分光器で測定するのではなく，蛍光波長のみを透過する光学フィルタと高感度で時間応答性の高いフォトマルチプライヤを用いて測定した．これにより，1ms程度の時間応答性で蛍光強度の時間変化を測定し，壁近傍でのSISの破壊と再生の可能性について検証した．検証の結果，バースト周波数に対応する200～800Hz程度の有意な蛍光強度の変動が存在し，SISの崩壊・再形成が生じている可能性が示唆された．
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Research Products
(1 results)
