| 研究課題/領域番号 |
13450312
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
化学工学一般
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
塚田 隆夫 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教授 (10171969)
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| 研究分担者 |
小林 正樹 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (90312678)
宝沢 光紀 (寶澤 光紀) 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70005338)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2002
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| 研究課題ステータス |
完了 (2002年度)
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| 配分額 *注記 |
12,400千円 (直接経費: 12,400千円)
2002年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2001年度: 9,400千円 (直接経費: 9,400千円)
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| キーワード | 相分離 / パターン形成 / レーリー対流 / マランゴニ対流 / 温度勾配 / ベナール対流 / イソ酪酸-水混合液 / 位相差顕微鏡 / 干渉顕微鏡 / 数値シミュレーション |
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| 研究概要 |
イソ酪酸-水混合液からなる液膜層を下方から加熱した際に(上下面ともに固体壁で、液膜層上面温度<臨界温度<液膜層下面温度の条件)、液膜層内部に形成される対流パターンは、本系が相分離過程を伴うことから、通常の均一液相系とは全く異なるパターンとなることが知られている。例えば、ある温度条件においては、相分離した一つの液滴を含む規則的な多角形セルパターンが形成される。本研究では、このような二液相分離過程を伴うベナール対流系に見られる特異なパターンの形成メカニズム、さらには形成速度等に及ぼす液膜層温度勾配の影響を検討した。具体的には、1.実験的検討
液膜層内の相分離過程及び対流構造を垂直方向並びに側面から観察することにより以下の点が明らかになった。
・パターン形成、すなわち相分離した一つの液滴を含む規則的な多角形セルパターンの形成過程において、相分離液滴は成長するが、最終的には消滅する。
・液滴の成長及び消滅速度は、温度勾配(=(T_b-T_t)/d)とともに増加、特に温度勾配が約1.7K/mmを越えると急激に増加する。また、τ(=(T_t-T_c/T_c)が増加すると成長、消滅速度も増加する。ここで、d, T_b, T_c, T_tは液膜層厚さ、液膜下面温度、臨界温度及び液膜上面温度である。
・上記パターン形成は液滴表面に沿ったマランゴニ対流に起因する。
・液滴の成長は濃度差起因のレーリー対流により促進される。
・液滴の消滅はマランゴニ対流により促進される。
2.理論的検討
上記パターン形成のメカニズムを理論的に説明するために、"level set method"に基づくシミュレーションコードの開発を試みた。
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