Visualization and evaluation of electrohydrodynamic effects of gas-liquid two-phase fluid with weakly ionized plasma

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04273
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 大山 龍一郎 東海大学, 工学部, 教授 (40233291)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 電気流体力学 / 弱電離プラズマ / 可視化計測

Outline of Annual Research Achievements

本研究においては、これまでに気体および誘電性液体に不平等電界を形成したイオン流場の電気流体力学（EHD）現象について実験的な研究を行ってきた。具体的には、気体相と誘電液体相の界面において、気相で微弱放電を発生させると同時に液体が流動する一つの気液２相流体のEHD現象を対象としている。
本研究の目的は、これまでの研究成果から弱電離プラズマを気液２相流体に適用し、気液２相流の定量評価を具体化すること、さらに、このEHD現象の応用面を開拓することである。このため、本研究では工学的に重要な非定常流れ場の計測を含めて定量的に解析を行いたいので、弱電離プラズマを含む気液２相流の可視化計測と定量解析の実施を計画した。
令和２年度（2020年度）は「気液２相層状流のモデルの構築と計測」を実施することを主な研究計画とした。EHD 現象の解析的取り扱いについては、一般に流体内部の誘電的性質と電気伝導特性の単独作用あるいは複合作用として整理できると推察した。さらに、その際の主要なパラメータは気相の密度（気圧）であることを想定した。また、これまでに実施してきた研究の成果から、イオン流場に特有な局所的な高速流の可視化計測に対してはレーザー誘起による燐光現象が有効であることがわかった。また、この可視化計測を実施するために、弱電離プラズマを伴う気液２相流体の流れ場を減圧状態で構成するための実験装置の改良を行い、可視化計測の方法について検討した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本研究では、イオン流場に特有な局所的な高速流の可視化計測に対してレーザー誘起による燐光現象を応用してきた。しかし、この計測に使用していたレーザー光源が劣化による故障のため、計画していた可視化計測を中断し、新たに計測のための代替を検討する必要があった。

Strategy for Future Research Activity

現在は気相密度を調整できる装置の加工に目途が付いた状況である。また、可視化計測の代替案については、今後も検討を実施する。具体的には、申請者が所有する分光測定器を代替に計測方法の開発を行う予定である。

Causes of Carryover

本年度の実施計画で構築した実験装置について、予定していた取付加工の経費が予算以上となったため、不足分を次年度の予算と合わせて計画している。