Wall wettability and fluid rheology effects on two-phase flows in microchannel
| Project/Area Number |
22K03907
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
川原 顕磨呂 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (20224818)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
米本 幸弘 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (70516418)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 二相流 / マイクロチャンネル / 非ニュートン流体 / 濡れ性 / 粘弾性流体 / 流体レオロジー |
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| Outline of Research at the Start |
微小空間内の二相流では、スケール効果により表面張力や粘性力の影響が体積力より大きくなる。特に、微小区間では流れのせん断速度が大きいため非ニュートン粘性の影響が顕著となる。加えて、気体-液体-固体の三相界面が存在する場合、表面張力と関連が深い固液間の濡れ性の影響は無視できない。この粘性力と濡れ性を積極的かつ効果的にして二相流動を制御できれば、高精度・高効率な流体機器・デバイスが創成できると考えられる。そこで本研究では、微小流路内の二相流動特性、特に相界面性状や圧力損失に及ぼす流路壁面の濡れ性、非ニュートンレオロジー特性の影響を明らかにし、二相流動特性を定量予測できるモデルを構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究では、マイクロ・ミニ流路内の二相流動特性、特に相界面性状や圧力損失に及ぼす流路壁面の濡れ性、非ニュートンレオロジー特性、流路スケールの三つの因子の影響を明らかにし、二相流動特性を定量予測できるモデルを構築することを目的として、本年度は次を実施した。
・用いた液体は非ニュートン流体としてカルボキシメチルセルロース水溶液0.05，0.4wt％（CMC0.05，CMC0．4）の二種類とニュートン流体としてグリセリン水溶液50wt%（GLY50）の一種類を非ニュートン流体と比較するために用いた。マイクロチャンネル内の上一面の壁面濡れ性を変更した。異なる濡れ性のテストシートを二枚のアクリル板に挟むことで濡れ性を操作した。本研究では，濡れ性の評価に静的接触角（見かけの接触角）を用いた。その際、流路壁面の接触角を13～156°の範囲で変化させた。
・すべての供試液体、テストシートでスラグ流が観測された。二相流の圧力損失は見かけの粘度が同程度のCMC0.05とGLY50では濡れ性の違いは見られなかった。CMC0.4の二相流の圧力損失はアクリルシートのみ他のテストシートと異なる傾向が見られた。（詳細は解析中）
・VOF（Volume Of Fluid）による数値解析を行い、気泡長さ、液体スラグ長さ、気泡速度および圧力損失の数値データを得た。数値データは液体の種類およびテストシートの違いによらずおおむね実験値を再現できた。
・低レイノルズ数から高レイノルズ数の広範囲の領域において急拡大部を通過する粘弾性流体の圧力変化について調査し、圧力変化モデルを検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の研究で得た知見（問題点を含む）に基づき実験方法の改良を行い、壁面濡れ性および流体レオロジーと二相流特性に関するデータベースを得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
流動および流路条件を一部追加し、実験データベースを拡充する。また、数値解析を実施し、実験データとの比較検討を行い、濡れ性と流体レオロジーが気液二相流および液体単相流動に及ぼす影響をモデル化を試みる。加えて、液（ニュートン流体）-液（非ニュートン流体）二相流のデータベースを新たに構築する。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
