渦輪による気泡塊の創成と輸送に関する研究

• 研究課題/領域番号: 18K03924
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分19010:流体工学関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 内山 知実 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (90193911)
• 研究分担者: 出川 智啓 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (80402551)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 気液二相流 / 渦輪 / 混相流 / 気泡 / 制御

研究成果の概要

渦輪による気泡群の生成と輸送に関する研究を実施した．水タンクの底部に設置したシリンダ内の水をピストンで水中に押し出すことにより，渦輪を鉛直上方に射出した．シリンダの出口側面に設置した注射針から空気を渦輪中に注入した．シリンダの直径およびピストンのストロークは，それぞれ42.5 mmおよび100 mmである．気泡の平均直径は4.3 mmである．渦輪の強度が一定値よりも大きい場合には，注入された気泡が渦核の内部に巻き込まれて気泡群が形成される．この気泡群は，渦輪の移流に伴って渦輪により輸送される．渦輪の移流速度は，巻き込まれた気泡の影響を受けないが，渦輪の半径は気泡により大きくなる．

研究成果の学術的意義や社会的意義

液体中で気泡の運動を自在に制御できれば，幅広い応用展開が期待される．とくに，気泡を集めて気泡塊を創成し，所望の位置まで輸送できれば，化学反応や伝熱の制御などに活用できる．従来，気泡運動の制御には超音波や旋回流を利用する方法が提案されているが，気泡の直径に制約があり，また輸送には不向きであった．本研究では，シリンダから水中に水を噴出させてリング状の渦すなわち渦輪を射出し，渦輪は気泡塊の創成と輸送，すなわち気泡塊のハンドリングを可能にできることを示した．