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2018 年度 実績報告書

流れを伴う界面への界面活性剤の吸脱着現象の実験的解明とモデル化

研究課題

研究課題/領域番号 16K06083
研究機関神戸大学

研究代表者

細川 茂雄  神戸大学, 工学研究科, 准教授 (10252793)

研究分担者 冨山 明男  神戸大学, 工学研究科, 教授 (30211402)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード流体工学 / 混相流 / 界面 / 界面活性剤 / 吸着・脱離 / 流体計測
研究実績の概要

平成30年度は昨年度までの実験を継続するとともに、従来使用していたTriton X-100のみならず分子量が異なるTriton X-141に関しても実験を実施した。その結果、吸着脱着に伴う球形液滴界面への界面活性剤のモル流束に及ぼす分子量の影響は小さく、Triton X-141の場合もTriton X-100と同様に流動が無くなった液滴界面には従来用いられてきたFrumkin-Levichモデルが適用できるものの、流動する液滴界面には同モデルが適用できず、Generalized Frumkinモデルなどを用いる必要があることを明らかにした。ただし、Generalized Frumkinモデルに含まれる定数の決定には実験が必要であるため、普遍的なモデル構築のためには、さらなる実験が必要である。ただし、数値予測手法の枠組みに関しては、大きな問題はないと考えられる。また、SFVを用いて計測した速度分布から圧力を評価する手法を改良し、評価精度を高めた。また、界面における評価圧力および速度分布から算出した粘性応力から液滴に作用する局所流体力の分布およびその総和である流体力の評価を実現した。その結果、界面活性剤の吸着に伴い液滴の後端から界面垂直方向の粘性応力が低下し、せん断応力が増加するとともに圧力も増加すること、これらの力のうちせん断応力の変化量が最も大きく、界面の汚染に伴う抗力の増加は主に剪断応力によることを実験的に再確認した。以上のように、本研究は、従来困難であった流動界面における界面活性剤の吸着・脱離特性を実験的に評価できる手法を提案・検証するとともに、従来使用されてきた静的な吸着・脱着モデルが流動界面に適用できない条件があることを実証した。今後、本手法を用いることによりさらなる吸着・脱離現象の解明が期待できる。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Evaluation of Adsorption of Surfactant at a Moving Interface of a Single Spherical Drop2018

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 雑誌名

      Experimental Thermal and Fluid Science

      巻: 96 ページ: 397 - 405

    • DOI

      DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2018.03.026

    • 査読あり
  • [学会発表] Diagnostics of flow about a contaminated single drop using spatiotemporal filter velocimetry2018

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Gaku Shigekane, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      19th Symposium on Applications of Laser and Imaging Techniques to Fluid Mechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical Measurements for Validation of Numerical Simulation of Two-Phase Flow2018

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa
    • 学会等名
      3rd Workshop on Advances in CFD and LB Modeling of Interface Dynamics in Capillary Two-Phase Flows
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Experimental Evaluation of Adsorption of Surfactant at Moving Interface2018

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa
    • 学会等名
      2nd International COFTEC Symposia
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 単一液滴に作用する力の実験的分析2018

    • 著者名/発表者名
      重兼楽,細川茂雄, 林公祐,冨山明男
    • 学会等名
      第95期日本機械学会流体工学部門講演会

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公開日: 2019-12-27  

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