Investigation of Relevant Factors to Fluid Phase Change in Narrow Space

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K03897
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 松本 充弘 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10229578)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 流体相変化 / マイクロ流路 / 流れの可視化 / 表面粗さ / 画像解析

Outline of Annual Research Achievements

本課題研究は，変圧器等に用いられる積層鋼板の絶縁油を安全・高効率で除去する蒸気洗浄技術の開拓を発端として，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おうとするものであり，2018-2020年度に実施した研究（科学研究費補助金 基盤研究(c) 18K03976）の成果をさらに発展させるべく，2021年度より開始した．初年度にあたる2021年度は，主として，既存の装置の改良と画像データの解析手法の開発をおこなった．
(1) 装置の改良：これまで真空チャンバー内の圧力のみをモニターしていたが，新たにアルコール蒸気圧を一定の精度で測定できるアルコールセンサーを導入し，エタノールを試験液体とする実験でテストを行った．
(2) 画像解析手法の開発：新たに，積分幾何学の手法に基づく蒸発領域のパターン解析の方法を試みた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(1) 装置の改良：アルコールセンサーを用いたチャンバー内の蒸気圧測定を試みている．概ね予想通りの精度で測定できているようだが，センサーの精度にやや物足りない点があるため，いくつかのセンサーを比較検討する必要がある．また，試験液体として，エタノール以外に水あるいは他の有機液体を用いる実験も計画しているため，他の種類のセンサーの導入も検討している．
(2) 画像解析手法の開発：これまで画像解析にはあまり用いられていなかった「積分幾何学」の方法でのデータ解析を試みたところ，形成されたパターンの周長評価において当初の期待以上に良好な結果を得ることができた．この手法の提案と検証を公表するため，学術論文を作成中である．

Strategy for Future Research Activity

(1) 装置の改良：アルコール蒸気，水蒸気，有機物質蒸気を測定できる半導体センサーが，何種類か入手可能である．これらを用いた実験システムを構築し，その有効性を比較検討する予定である．これにより，間隙内のパターン形成のタイミングをより詳しく調べることができる．
(2) 画像解析手法：2021年度に新たに開発した手法により，さまざまな条件下で実施した実験の画像データを新たな視点から解析するとともに，(1)により改良する実験装置での新たな実験データの解析をおこない，間隙内流体のパターン形成に関する基礎的データを蓄積する予定である．

Causes of Carryover

年度当初は国際会議に参加して成果発表をおこなうための旅費や論文投稿料を予算計上していたが，新型コロナ感染症などの影響により，国際会議の延期などが続いたため，国際会議での成果発表を2022年度以降に延期することとした．2022年度には国際会議参加や論文投稿を予定している．