| 研究課題/領域番号 |
17K06885
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
吉川 史郎 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (40220602)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | テイラー渦の安定性 / 同心二重円筒型反応装置 / 粘弾性流体 |
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| 研究実績の概要 |
同心二重円筒間流れにおけるテイラー渦の形成と安定性について試験流体として粘度調整のためにグリセリンを水に添加して濃度を40wt%としたニュートン流体である溶液と，その溶液にポリエチレンオキシド(PEO)，ポリエチレングリコール(PEG)をそれぞれ1000PPM添加した粘弾性流体である溶液を用い，PIV法による可視化実験により検討した．令和元年度に粘弾性流体の溶液調整後4日経過すると粘弾性を代表する損失正接値がほぼ一定となることが確認されたため，本年度は調整後4日経過した試験流体を用い，二重円筒装置を流通型反応器として操作した場合の渦の安定性と滞留時間分布について実験的に検討した．流通系反応器とするため，二重円筒装置底部と塔頂部に流体の流入，流出口を設け，内縁等を回転させて円周方向の流動を発生させるとともに底部からマイクロフィーダーにより一定流量の試験流体を流入させ，塔頂から流出させることにより装置軸方向流れを生じさせた．軸方向流を発生させた場合の渦の安定性についてPIV法により可視化した画像を解析した結果，円周方向流動及び軸方向流動のレイノルズ数範囲それぞれ500～1500，0.0437～0.1308で高分子を添加した流体の場合の方がより安定した渦流を形成することが確認された．さらに，装置底部からKCｌを溶解した試験流体をステップ状に供給し，塔頂出口において電気伝導度法により濃度を計測するステップ応答試験を行い，滞留時間分布を求めた．予想される結果としては形成されるテイラー渦数の半分に相当する8槽の完全混合槽列に相当する滞留時間分布は得られなかった．その原因として隣接する渦が完全に独立しておらず，バイパス流が生じていることなどが予想される．令和3年度は内円筒回転速度と軸方向流量の組み合わせを広範囲に変化させ，より理想に近い滞留分布が得られる操作法を探索する予定である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
理由
当初より1年延長し，令和2年度中に研究を終了する予定であったが，Covid19の影響により研究を予定通り進捗させることができなかったため，当初予定していた流通系の実験系を組み，滞留時間分布を測定するところまでは到達することができたが，流通系反応器としての最適条件を探索することが十分にできなかったため．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度までに流通反応器としての性能を検討するための実験系を組み上げることができた．令和3年度には理想的な滞留時間分布となる操作条件について探索を行い，研究のまとめを行う予定である．テイラー渦が生じている場に軸流を生じさせる場合，軸方向流量と内円筒回転数の組み合わせによっては渦を乱し，安定性を失わせてしまう場合がある．また，可視化により見かけ上安定した渦を維持しながら軸流を生じさせているような場合でも渦間の混合に伴うバイパス流が生じ，理想的な滞留時間分布とならない場合があることが令和2年度までに確認されていることから，内円筒回転数と軸方向の流量の組み合わせを広い範囲に変化させ，理想的な流通型反応器として操作できる条件の決定法を確立する方針で研究を実施する予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
令和2年度において内円筒回転数と軸方向流量の組み合わせを広範にに変化させる実験を実施する予定であり，そのために必要な物品を購入する予定であったが，Covid19の影響により実験を予定通り進捗させることができなかったため，次年度使用額が生じた．令和3年度においては内円筒回転数及び軸方向流を広範囲に変化させるために必要なモーター，フィーダー用シリンジ，および試験流体調整用の試薬購入に研究費を使用する予定である．
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