| 研究課題/領域番号 |
21K03898
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
山田 寛 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 講師 (60758481)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 液滴蒸発 / 対流 / 温度分布 / マランゴニ効果 / 液滴内部対流 / 有機溶媒 / 液滴振動 / 赤外線カメラ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，近接する液滴の蒸発時に見られる液滴内部の対流発生メカニズムを探求する．液滴蒸発は熱輸送や物質堆積の基礎となる物理現象であるが，過去の研究は孤立して存在する液滴に主眼が置かれており，複数の液滴が近接する系の内部流動の理解に適用することはできない．
そこで本研究では，液滴内流れの駆動力と考えられる温度を熱放射の原理を利用して取得し，粒子画像流速測定法で得られる流れ場や蒸発挙動の結果と組み合わせることで，液滴内部に生じる現象の定量的な知見を獲得する．さらに，熱伝導率の低い固体や有機溶媒を用いた実験だけでなく州域滴の存在を模擬する手法を通して，より実環境に近い蒸発の全体像を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，近接する液滴が蒸発するときに液滴内部で見られる対流の観察や数値解析による蒸発流束の把握を行った．水滴同士を隣接させた場合では，近接側の三相界線から気液界面に沿って遠方側の三相界線に至る流れが観察された．このとき，近接部では蒸発が抑制され，それに伴って温度低下も抑制されることが数値解析より明らかになった．また，赤外線カメラによる液滴の可視化においても，近接側三相界線で温度が高くなることを確認した．加えて，水滴に有機溶媒液滴を隣接させた場合では，溶質マランゴニ効果によって対流が駆動され，溶解度によって挙動が異なることを明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
液滴の蒸発は雨粒やインクジェット印刷など日常生活でも広くみられるが，1液滴での挙動把握が先行し，複数の液滴が近接して存在する場合の研究が進んでいなかった．本研究では液滴同士が近接する場合の液滴内対流が1液滴の場合と異なることを示し，数値解析の結果から近接部分での蒸発抑制とそれに伴う温度低下の抑制がこの挙動を引き起こしていることを示唆する結果を得た．このことは複数の液滴が近接する環境での蒸発を理解するために役立つと考えられる．
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