| 研究課題/領域番号 |
15K18266
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
藤岡 沙都子 慶應義塾大学, 理工学部, 講師 (50571361)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 微細気泡 / マイクロバブル / 溶解 / 収縮 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では「マイクロバブルの急速な溶解による結晶製造プロセス」の開発を目的とし、静止流体中における単一微細気泡の溶解収縮現象について解析した。液相に酸素呈色試薬であるレサズリンを添加し、気泡周囲の溶存気体高濃度領域の可視化を行った。さらに、各種操作条件が溶存気体高濃度領域形成に与える影響を調べた。また、既往の研究により提案された気泡溶解モデルを発展させ、溶存気体高濃度領域の形成を考慮に入れた新たなモデルを提案し、その妥当性について可視化実験結果をもとに検討した。本研究で得た結論は以下の通りである。
微細気泡の溶解収縮に伴う気泡近傍の輝度の変化を画像解析し、微細気泡周囲の液相に溶存気体高濃度領域が形成されることを実験的に示した。
ガス種、初期気泡径の違いが微細気泡の溶解収縮に及ぼす影響を調べ、ガス組成に酸素を含み、初期気泡径が大きい場合に溶存気体高濃度場が形成されることを実験的に明らかにした。
微細気泡の溶解収縮計算について、既往の研究により提案されているモデルに溶存気体高濃度領域による気泡近傍の濃度上昇を考慮することにより、実測値と計算値との良好な一致を確認した。
以上より、気泡溶解収縮に伴う高濃度領域形成の条件を明らかにすることができた。さらに、微細気泡周囲に形成される溶存気体高濃度領域の大きさを推算可能にすることでより汎用性の高い微細気泡溶解収縮モデルを提案できると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
計画当初はマイクロ流路へ気液を圧送することでマイクロバブルを生成し、マイクロスコープによる観察を行う予定であったが、流路内でのマイクロバブル生成が困難であったため、観察用アクリルセルに液相を充填し、マイクロシリンジに充填したガスをセル内の液相へ注入することで微細気泡を生成することに成功した。本装置により呈色試薬を用いた観察実験が可能となったが、本微細気泡発生法では圧力を変化させることができない。そこで新たに流路を設計製作中である。
また、次年度の実施を計画していた微細気泡溶解収縮の計算に着手することができ、研究はおおむね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
おおむね順調に進んでおり、計画通りに実施予定であるが、微細気泡作製段階において様々な工夫が必要であることがわかったため、計画を一部変更し、微細気泡作製のための装置および計測機器を導入予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
計画当初はマイクロ流路を用いてマイクロバブルを作製し、溶解収縮を観察予定であった。しかし作製したマイクロ流路において安定にマイクロバブルの溶解収縮を観察することが困難であったため、液相を充填した観察用セルと気体を充填したマイクロシリンジによる微細気泡生成に実験方法を変更した。そのため、特注で製作予定であったマイクロ流路の購入がなく、その分次年度使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
今年度の実験により得られた知見をいかし、より安定にマイクロバブルを作製可能なマイクロ流路を新しく設計予定であり、特注品としての流路購入に使用予定である。一方で、計画変更により新たに導入したマイクロシリンジを用いる方法でも、圧力条件は変化させられないものの、大気圧下での微細気泡観察は行うことができる。本方法で気相成分の影響について検討するため、新たに任意の組成のガスを調整可能なガス混合器を導入したいと考えている。
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