| 研究課題/領域番号 |
19K14893
|
|---|
| 研究種目 |
若手研究
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
|
|---|
| 研究機関 | 北海道大学 (2020)
東京理科大学 (2019) |
|---|
研究代表者 |
堀本 康文 北海道大学, 工学研究院, 特任助教 (60822525)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
|
| 配分額 *注記 |
3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
|
|---|
| キーワード | 抵抗低減 / 乱流 / Taylor-Couette流 / 粒子画像流速測定 / PIV / 蛍光プローブ法 / 界面活性剤水溶液 / 抵抗低減現象 / 乱流抑制現象 / 非Newton流体 / 界面活性剤水溶液の流れ / ultimate turbulence / 流れの抵抗低減現象 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
パイプラインなどでは、乱流の活発な運動量輸送により大きな流動抵抗が生じてしまう。この問題を克服するために、流体に微量の界面活性剤を添加して流動抵抗を低減させる手法がある。しかし、溶液中の界面活性剤ミセルのミクロ構造と乱流というマクロな構造との相互作用が未解明であるため、この抵抗低減現象の物理機構は解明されていない。本研究では、界面活性剤のミセル構造と乱流を同時に計測する実験を行い、抵抗低減現象を記述する物理モデルを構築する。
|
| 研究成果の概要 |
発達した乱流への界面活性剤添加による壁面摩擦抵抗低減現象を調べるため、世界有数の大きさのTaylor-Couette流の実験装置を製作した。水の乱流における角運動量輸送が微量な界面活性剤添加により劇的に抑制され、最大で50%低減もの抵抗低減が達成された。また、速度場計測より、水の乱流との明確な相違点として、抵抗低減状態での平均流速分布は単調でないことがわかった。さらに、上記の抵抗低減の結果と水溶液中の界面活性剤ミセル構造の存在との関連を蛍光プローブ法により調査した。抵抗が低減する場合では蛍光が弱くなり、抵抗低減の発現と蛍光弱化の間の相関が確認できた。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
持続可能な社会実現のためには、工業の場面での省エネルギー化が喫緊の課題である。本研究では、パイプライン中の乱流によるエネルギーの摩擦損失を低減する技術としられる、界面活性剤添加による抵抗低減現象のメカニズム解明に取り組んだ。測定原理の異なる計測手法を組み合わせて実験を行うことで、抵抗低減の発現と特異な平均流速分布、水溶液中の界面活性剤ミセル構造の存在を関連付けることができた。これは、抵抗低減の予測には欠かすことのできない、現象の数理モデルの構築に寄与する結果である。
|
