| 研究概要 |
マイクロチャンネル内の表面を改質することにより固体壁面に機能性を付加し,その固液界面現象の流動・伝熱特性に与える影響を明らかにすることを目的として,撥水性および親水性マイクロチャンネルに注目し,その流動特性について解明することを試みた.表面張力効果が顕著に現れてくると予想される直径数ミリ程度のガラス円管に,シリコン表面改質剤を塗布して撥水性流路を製作した.さらにガラス管内壁に酸化チタンコーティングを行い,親水性流路も製作した.恒温循環装置から温度一様の脱気水を流し,さらに窒素流路系を試験部に接続し,気液二相流実験を行った.その際,マイクロスコープおよび高速度ビデオカメラを用いて気液流動様式を観察し,流動特性のマッピングを行った.撥水性壁面を有する場合には,液相の見かけ流速の小さいところで,脈動する様子が確認された.流速の大きな場合は気液交互に流れるスラグ流となり,減速するにつれ管壁の液膜が破断し,管壁に液膜の存在しないセグメント状に気液が完全に分離する流れとなる.さらに加速下においては壁面で液膜が取り残される形となり,後方からの液柱と合体することによりスラグ流に転ずる.セグメント状の流れの際には,スラグ流に比べて大きな圧力損失が生じていた.これは,液膜の存在しないセグメント状流れでは,液柱後端部での固体壁からの液相のはがれと液柱前端部での付着および界面流動による流動抵抗の存在の影響があると考えられる.さらに,撥水性壁面とは異なり,気液二相流における液膜の破断といったことは起こりにくいことが予想され,圧力損失の低減の可能性が期待される親水性壁面について同様の検討を行った.しかし,コーティング剤や微粉末など様々な光触媒酸化チタンのガラス面へのコーティングを試みたが,流動によりすぐにその膜面が剥がれてしまうなど,残念ながら実験に耐えうる酸化チタン膜を形成することができなかった.
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