曲がり管内混相流のカオス化による混合促進と渦構造の解明

• 研究課題/領域番号: 24560196
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 柳瀬 眞一郎 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (20135958)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2015年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2012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: 曲がり管 / 混相流 / ラグランジアンカオス / 渦構造 / 物質混合 / LIF / OpenFOAM / マイクロタス / ラグランジュアンカオス / 矩形曲り管内流 / 混合 / 水素マイクロバブル / 洗浄 / 疎水性汚れ / 曲り管内流 / 流体混合 / 線形安定性 / 周期的進行波解 / 曲がり管内流 / 発達流 / 完全発達流 / 超小型化学反応装置 / オープンフォーム / スペクトル法

研究成果の概要

研究成果の概要（和文）：管路流れの中で物質を混合し，化学反応を促進させることは重要なテーマであるが，対象となる流れでは，管路幅が狭く流速の遅い低レイノルズ数流れが多いが，低レイノルズ数の故に乱流混合は期待できない．壁面が移動する矩形曲がり管を用いれば，低いレイノルズ数においても流れがカオス化して物質混合および熱伝達率が増加することが確認された．本研究によって，極めて小さなレイノルズ数流れにおけるカオス化の実態がラグランジュアンカオスであると確認され，矩形管の管断面の縦横比を変化させた場合の渦構造の変化と混合促進との対応が明らかとなり，実用的なマイクロタス開発への道が切り開かれた．

研究成果

• [雑誌論文] Cleaning polymer ink from a glass substrate using microbubbles generated by a hydrogen bubble method (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuura, K. Nishida, I. Sugimoto and S. Yanase
  • 雑誌名: Separation and Purification Technology 巻: 142 ページ: 242-250
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Micromixer Using the Taylor-Dean Flow: Effects of Aspect Ratio and Inflow Condition on the Mixing (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayamizu T. Kawabe S. Yanase, T. Gonda, S. Morita, S. Ohtsuka and K. Yamamoto
  • 雑誌名: Open Journal of Fluid Dynamics 巻: 5 ページ: 256-264
  • 査読あり
• [雑誌論文] Combined Effects of Centrifugal and Coriolis Instabiliy of the Flow through a Rotating Curved Duct with Rectangular Cross Section (2014)
  • 著者名/発表者名: R.N. Mondal, S.C. Ray, S. Yanase
  • 雑誌名: Open Journal of Fluid Dynamics 巻: 4 ページ: 1-14
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 枚葉式半導体洗浄機モデル内渦構造のPIV計測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 清水義也, 柳瀬眞一郎, 河内俊憲, 森洋平, 福田修也
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 80 号: 815 ページ: FE0197-FE0197
  • DOI: 10.1299/transjsme.2014fe0197
  • NAID: 130005004919
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり
• [雑誌論文] Combined Stereo-PIV and PLIF Measurements of Transverse Injection in Mach 2 Supersonic Flow (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Kouchi, Y.Oka, G.Masuya, S.Yanase
  • 雑誌名: Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan 巻: 12 ページ: 85-92
  • NAID: 130004706666
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Micromixer Using the Taylor-Dean Flow: Effect of Inflow Conditions on the Mixing (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kawabe, Y. Hayamizu S. Yanase T. Gonda, S. Morita S. Ohtsuka K. Yamamoto
  • 雑誌名: Open Journal of Fluid Dynamics 巻: 4 ページ: 463-471
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bifurcation Study of Three-Dimensional Solutions of the Curved Square-Duct Flow (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Watanabe, S. Yanase
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: 74402-74402
  • NAID: 40019696825
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chaotic Mixing in a Curved-Square Duct Flow at Very Low Reynolds Numbers (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayamizu, S. Yanase, K. Nishida, K. Yamamoto
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: 103401-103401
  • NAID: 40019823788
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microfluidic Device Increases Sperm Concentration by Optimization of Chamber Structure (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuura, K. Nishida, I. Sugimoto, S. Yanase
  • 雑誌名: Andrology & Gynecology: Current Research 巻: 1 ページ: 1000106-1000106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Behavior of Motile Sperm in Taylor-Couette Flow: Effect of Shear Stress on the Behavior of Motile Sperm (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayamizu, T. Hyakutake, K. Matsuura, S. Yanase, S. Morita, S. Ohtsuka, T. Gonda
  • 雑誌名: Open Journal of Fluid Dynamics 巻: 3 ページ: 9-13
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Micromixer Using the Chaos of Secondary Flow: Rotation Effect of Channel on the Chaos of Secondary Flow (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayamizu, S. Yanase, S. Morita, S. Ohtsuka, T. Gonda, K. Nishida, K. Yamamoto
  • 雑誌名: Open Journal of Fluid Dynamics 巻: 2 ページ: 195-201
  • 査読あり
• [学会発表] Surface Interaction of Microbubbles and Applications of Hydrogen-Bubble Method for Cleaning and Separation (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuura, K. Nishida, I. Sugimoto and S. Yanase
  • 学会等名: 26th 2015 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science, MHS2015
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-11-23
  • 国際学会
• [学会発表] A Micromixer Using the Taylor-Dean Flow: Effect of Inflow Condition on the Mixing (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kawabe Y. Hayamizu S. Yanase K. Nishida T. Gonda S. Morita S. Ohtsuka K. Yamamoto
  • 学会等名: Proceedings of the 5th Asian Joint Workshop on Thermophysics and Fluid Science 2014
  • 発表場所: Nagasaki, Japan
  • 年月日: 2014-09-24
• [学会発表] 二次流れのカオス化を利用したマイクロミキサの実験的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 安田直幸, 早水康隆, 柳瀬眞一郎, 西田五徳, 森田慎一, 大塚茂, 山本恭二
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国支部弟51期総会・講演会
  • 発表場所: 高知工科大学（高知市）
• [学会発表] 曲がり管内流の定常・非定常渦構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 益田卓哉, 清水義也, 柳瀬眞一郎
  • 学会等名: 第11回日本流体力学会中四国・九州支部講演会
  • 発表場所: 広島工業大学沼田校舎（広島市）
• [学会発表] 矩形曲がり管内流における非定常解と分岐構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡辺毅, 柳瀬眞一郎
  • 学会等名: 日本流体力学会年会 2013
  • 発表場所: 東京農工大小金井キャンパス（小金井市）
• [学会発表] 曲がり管内流中の流体混合の実験・数値計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柳瀬眞一郎，早水康隆，西田五徳，山本恭二
  • 学会等名: 第10回日本流体力学会中四国・九州支部総会・講演会
  • 発表場所: 熊本大学，熊本市
• [学会発表] 曲がり管内流中のカオスによる混合 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西田五徳，柳瀬眞一郎，早水康隆，山本恭二
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2012
  • 発表場所: 高知大学，高知市
• [学会発表] A Micromixer Using the Chaos of Secondary Flow: Rotation Effect of Channel on the Chaos of Secondary Flow (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayamizu, S. Yanase, S. Morita, S. Ohtsuka, T. Gonda, K. Nishida, K. Yamamoto
  • 学会等名: The 4th Asian Joint Workshop on Thermophysics and Fluid Science 2012
  • 発表場所: Busan, Korea
• [図書] 確率と確率過程 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柳瀬眞一郎
  • 総ページ数: 214
  • 出版者: 森北出版