| 研究概要 |
壁面に沿う流れは,流体が物体におよぼす抵抗や,流体と壁面間の熱,物質移動に強い影響をおよぼすことが知られている.その構造の解明は,流体機器の高効率化にとどまらず,伝熱促進や反応促進,蒸発や凝縮の制御を行う上で極めて重要な課題の一つである.
本研究では,この流体構造の解明のために,壁面極近傍(壁面上サブミクロン下,「壁面近接場」と呼ぶ)における壁面剪断応力の可視化を目的とし,その実現に向けてエバネッセント波マッハ・ツェンダー干渉計を提案,その有用性の実験的検討を行ってきた.平成15年度では,誘電体プリズム表面でエバネッセント波を生じさせ,検査流体として用いた液体ポリマーとの間で生じる光弾性効果を利用して,剪断応力を可視化しようとした.しかし,観察光が,液体ポリマー中をエバネッセント波として伝播する距離が短く,剪断応力により生じる位相差が十分に生じず,剪断応力を可視化できなかった.それを踏まえ本平成16年度では,誘電体プリズム上に光弾性効果の大きいポリマー薄膜をおくことで,薄膜中を伝播する観察光で,薄膜上の流体運動で2次的に生じる薄膜内の剪断応力を,マッハ・ツェンダー干渉計で計測することを試みた.その結果,高い壁面剪断応力が生じる場合には,その応力が可視化できる可能性を確認できたが,プリズムを含む可視化光学系の剛性が十分でないと,観察される干渉縞に,光学系のたわみの影響が現れ,精度良く応力場を観察することができなかった.そこで本年はさらに,偏光を利用する光弾性手法を本光学系に導入し,剪断応力場の可視化を試みた.その結果,高い壁面剪断応力が生じる場合には,応力を可視化することができた.
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