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気泡プラズマ流と磁気粘性流体の融合による超機能性流体システムの先進的応用展開

研究課題

研究課題/領域番号 20656032
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 流体工学
研究機関東北大学

研究代表者

西山 秀哉  東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20156128)

研究分担者 高奈 秀匡  東北大学, 流体科学研究所, 講師 (40375118)
研究期間 (年度) 2008 – 2009
研究課題ステータス 完了 (2009年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2009年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2008年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
キーワード機能性流体 / 流体工学 / マイクロバブル / 磁気粘性流体 / 高活性化 / 界面干渉 / 放電 / 水質分解 / 壁面干渉 / 生体材料
研究概要

誘電体バリア放電による反応性に富む多くのラジカルを含んだ「マイクロバブルラジカルジェット」と磁場印加によるスパイク形成を活用し、流動場制御が可能な「磁気粘性スパオク」を統合した「バブルプラズマー磁気粘性スパイク」システムを構築するために、個々のサブシステムを独立に構成し、消費電力、印加電磁場の作動条件や気泡径、界面条件下での基本的特性を実験的に明らかにした。得られた結果を要約すると以下になる。
(1)誘電体バリア放電による空気高活性化部と加圧型マイクロバブル発生部から構成される高活性空気内包マイクロバブルジェットシステムを構築した。酸性溶液では、オゾン、過酸化水素水、活性酸素の溶解量は多いが、アルカリ性溶液では、過多に存在するOHイオンによりオゾンの自己分解が促進され、オゾンの溶解量は少ない。また、短波長から長波長の紫外線と真空紫外線をオゾンマイクロバブルに照射することにより、中性溶液の場合、気泡内や溶液中にOHラジカル等が生成され、メチレンブルーの脱色効果は非照射時に比べ顕著であるが、アルカリ溶液の場合は小さい。
(2)内径数ミリ程度の管あるいは小孔から発生する空気およびアルゴンバブルジェットをタングステン棒陰極と溶液底部に設置された銅陽極から構成された放電部に導入し、高電圧マイクロパルスを印加することにより、液中でのバブルプラズマジェットの生成に成功した。液中発光からは、酸素ラジカルやOHラジカルが同定され、酸素バブルプラズマジェットのメチレンブルーの投入電力あたりの脱色性能がアルゴンや空気バブルプラズマジェットより優れている。
(3)磁場下にあるスパイク状の磁性流体界面を誘電体とし、誘電体バリア放電の試験を行った。電極間ギャップが数ミリで電極と磁性スパイクの先端にストリーマを生じ、静電気力やイオン風により磁性スパイクも変形および移動した。

報告書

(2件)
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2010 2009 2008 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (7件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Integrated Experimental and Numerical Analysis of an Atmospheric Pressure Reactive Air Plasma Jet Generated by Dielectric Barrier Discharge2009

    • 著者名/発表者名
      西山秀哉
    • 雑誌名

      International Journal of Emerging Multidisciplinary Fluid Sciences 1

      ページ: 101-114

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 機能性と複雑構造を有するプラズマ流体の流動と応用2009

    • 著者名/発表者名
      西山秀哉
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B編) 75

      ページ: 901-904

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Activated Air Plasma Flow Generated by Pulsed Arc Discharge for Combustion Enhancement2009

    • 著者名/発表者名
      Hideya Nishiyama
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Mass Transfer 52

      ページ: 1778-1785

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamic Response of Magneto-Rheological Fluid Channel Flow with Fluid-Wall Interactions2009

    • 著者名/発表者名
      Hideya Nishiyama
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Conf. Series, 11th Conf. on Electrorheological Fluids and Magnetorheological Suspensions 149

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characteristics of Ozone Jet Generated by Dielectric Barrier Discharge2008

    • 著者名/発表者名
      Hideya NishiYama
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science 36

      ページ: 1328-1329

    • NAID

      120001182145

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 高活性マイクロバブルジェットの機能性と液体分解特性2010

    • 著者名/発表者名
      尾崎晃
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第45期総会・講演会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2010-03-12
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 機能性プラズマ流体のエネルギー・環境技術への展開2009

    • 著者名/発表者名
      西山秀哉
    • 学会等名
      東北大学機械系・東芝技術講演会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2009-11-27
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] DBD放電を用いた高活性空気ジェットの特性と液体浄化への応用2009

    • 著者名/発表者名
      長井亮介
    • 学会等名
      日本機械学会2009年度年次大会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2009-09-14
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] プラズマ流体の先端融合による流動システムの構築と最適化2009

    • 著者名/発表者名
      西山秀哉
    • 学会等名
      日本フルードパワーシステム学会機能性流体を核としたフルードパワーシステムの融合化に関する研究委員会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2009-08-27
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] DBD放電による空気マイクロバブルジェットの高機能化と特性解析2009

    • 著者名/発表者名
      尾崎晃
    • 学会等名
      日本混相流学会年会講演会2009
    • 発表場所
      熊本
    • 年月日
      2009-08-09
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Characteristics of Atmospheric Reactive Air Jet Generated by Dielectric Barrier Discharge for Industrial Applications2009

    • 著者名/発表者名
      Hidemasa Takana
    • 学会等名
      19th International Symposium on Plasma Chemistry(ISPC19)
    • 発表場所
      ボーフム(ドイツ)
    • 年月日
      2009-07-28
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Dynamic Response of Magneto-Rheological Fluid Channel Flow with Fluid-Wall Interactions2008

    • 著者名/発表者名
      Hideya Nishiyama
    • 学会等名
      11th Conference on Electrorheological Fluids and Magnetorheological Suspensions (ERMR2008)
    • 発表場所
      ドレスデン(ドイツ)
    • 年月日
      2008-08-25
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.ifs.tohoku.ac.jp/nishiyama-lab/japanese.html

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.ifs.tohoku.ac.jp/nishiyama-lab/japanese.html

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書

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公開日: 2008-04-01   更新日: 2016-04-21  

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