| 研究概要 |
粒子状物資を含む液体が凝固するとき,その粒子を捕捉しながら凝固層を形成するのが一般的である。しかし,粒子状物質が細かく凝固速度が遅い場合,微粒子は凝固の進行に伴い掃き出され,粒子を含まない凝固層を形成する現象が生じる。この現象は,粒子強化複合材料の生成,凍結分離,食品凍結,寒冷地における凍土において重要な課題である。
本研究では,凝固時に生じる粒子状物質の掃き出し・捕捉現象を統一的に理解することを目的とするもので,本年度は具体的には以下の事項を明らかにした。
(1)ガラス粒子-水系の一方向凝固実験により,粒子の掃き出し・捕捉現象が凝固速度および粒子径に大きく依存することを示し,粒子径が小さくなるほど粒子の掃き出し限界となる凝固速度は上昇することを実験的に明らかにした。
(2)ガラス粒子-塩化ナトリウム水溶液系の一方向凝固実験により,塩化ナトリウム水溶液中では粒子の掃き出し現象がほとんど生じないことを示し,電気二重層力が重要な意味を持つことを実験的に明らかにした。
(3)凝固時に生じる粒子の掃き出し・捕捉の挙動において,電気二重層力およびvan der Waals力が重要となることを示し,粘性抵抗力,重力を加えたモデルを提示し,限界凝固速度を理論的に求め,実験結果との比較によりモデルの妥当性を示した。
(4)マイクロ波を付与した場合の一方向凝固実験を行い,粒子の掃き出しおよび捕捉現象を観察するとともに、マイクロ波の付与により限界凝固速度が低くなることを実験的に明らかにした。
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