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伝熱制御による高分子化合物の物質輸送制御に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 13J09480
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 熱工学
研究機関東北大学

研究代表者

TORRES Juan Felipe  東北大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード熱泳動 / ソーレー効果 / 自然対流 / 位相シフト干渉計 / 不安定性解析 / 分岐解析
研究概要

本研究では熱泳動(ソーレー効果)および自然対流を有効利用することで高分子化合物の物質輸送技術の確立を目的とした。この目的を達成するために実験および数値計算を並列で行うアプローチが最適であると判断した。ここで、伝熱制御を行うことで微小領域における物質輸送制御をする。
平成25年度における主な研究成果は下記の通りである。
1. 計測実験に関する研究実績, 熱泳動および自然対流の計測技術の確立
(1)光学系の構築 : 位相シフト技術およびPIVシステムにより構成される新型光学系を構築した。
(2)セルの製作 : 濃度場・温度場を形成する伝熱制御システムを設計・製作した。
(3)ソフト作成 : リアルタイムで二次元の濃度場・温度場高精度計測する独自のソフトを作成した。
(4)熱泳動実験 : ベンチマーク物質の熱泳動現象を可視化し、新測定法の妥当性を評価した。
(5)タンパク質の熱泳動実験 : 世界で初めてタンパク質の熱泳動現象を可視化することに成功した。
(6)自然対流実験 : 純粋自然対流(熱泳動無し)の流速場・濃度場を同時計測する技術を確立した。
2. 数値計算に関する研究実績. 自然対流の不安定性解析
(1)不安定性モデルの改善 : 作成した自然対流の数値シミュレーションに傾斜角の効果を導入した。
(2)平行六面体内の自然対流現象の解明 : 傾斜した平行六面体内の純粋流体の自然対流を評価し、流れの不安定性現象および伝熱特性を明らかにした。
(3)実験条件の検討 : 数値計算の結果により、純粋流体の自然対流実験の条件を検討した。
上記の研究実績から、熱泳動を用いる物質輸送制御技術を提案した。この新計測技術を用いることで混合溶液内の物質の分離・分析が可能であると考えられる。また、加熱条件を調整することによって熱泳動による物質輸送のみならず自然対流による物質輸送が可能となることを実験的・解析的に示し、熱・物質輸送の最適条件を明らかにした。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(1件)
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] 立方体内の自然対流における二次元温度場・速度場の同時計測に関する研究2013

    • 著者名/発表者名
      J. F. Torres, 小宮敦樹, D. Henry, 圓山重直
    • 雑誌名

      第50回日本伝熱シンポジウム講演論文集

      巻: 2, 3 ページ: 570-571

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] Measurement of Soret and Fickian diffusion coefficients by orthogonal phaseshifting interferometry and its application to protein aqueous solutions2013

    • 著者名/発表者名
      J. F. Torres, A. Komiya, D. Henry, S. Maruyama
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 139 号: 7 ページ: 74203-74203

    • DOI

      10.1063/1.4817682

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three-dimensional continuation study of convection in a tilted rectangular enclosure2013

    • 著者名/発表者名
      J. F. Torres, D. Henry, A. Komiya S. Maruyama, H. Ben Hadid
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 88 号: 4 ページ: 43015-43015

    • DOI

      10.1103/physreve.88.043015

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Newton-Krylov based continuation method to study convection in a tilted Paralleleped cavity2013

    • 著者名/発表者名
      D. Henry, B. Hadid, J. F. Torres
    • 学会等名
      Efficent Solution of Large Systemls of Non-linear PDEs in Science
    • 発表場所
      Lyon, FRANCE
    • 年月日
      2013-10-09
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Bifurcations in natural convection inside a tilted cubic cavity2013

    • 著者名/発表者名
      J. F. Torres, D. Henry, A. Komiya, S. Maruyama
    • 学会等名
      The 5^<th>International Symposium on Bifurcations and Instabilities in Fluid Dynamics
    • 発表場所
      Haifa, ISRAEL
    • 年月日
      2013-07-08
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 立方体内の自然対流における二次元温度場・速度場の同時計測に関する研究2013

    • 著者名/発表者名
      J. F. Torres, 小宮敦樹, D. Henry, 圓山重直
    • 学会等名
      第50回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      仙台, JAPAN
    • 年月日
      2013-05-31
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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