| 研究課題/領域番号 |
18K03954
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| 研究機関 | 芝浦工業大学 |
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研究代表者 |
小野 直樹 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (20407224)
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| 研究分担者 |
丹下 学 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (70549584)
山田 崇 芝浦工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (90791947) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | マランゴニ効果 / マイクロ混合 / スラグ流 / PIV / マイクロ流路 / 物質移動 |
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| 研究実績の概要 |
本研究はミニチャンネルを利用して形成されるスラグ流の内部にマランゴニ対流を発生させことにより，小体積ながら簡便かつ高速の革新的液体混合デバイスを実現することを目的とし，実用的なデバイスへの応用に必要とされる条件や設計指針を得ることを目指した．
代表長さ0.1 mmから0.5 mmとサイズを徐々に大きくしたマイクロ流路を用いた二液の混合実験により，スラグ流内部の試験流体は，スラグが生成された地点から3mm下流に移動するまでにほぼ完全に混合が完了したことがわかった．また代表長さ0.5 mm（流路深さも0.5 mm）の場合，流路平面方向に加えて流路深さ方向にも流れのある三次元流れであることが分かり，これが混合処理能力を飛躍的に向上させていることが分かった．実用上この三次元流を活用することは大変有益であるが，まずその三次元の流れを理解することが不可欠と考えた．そのためマイクロ流路内の流れの三次元観察を優先して取り組んだ．
三次元観察をするためにここでは二台のカメラを用いるステレオPIVを用いることにした．一般のサイズと異なり，マイクロ流路のような1 mm以下のサイズの領域のステレオPIV技術は前例がほとんどなく，独自に構築を進めた．その結果，二台のカメラの焦点および精度校正のために微細な校正板がまず必要であることが分かった．このサイズの校正板は市販されていないために自作を検討し，その作成に成功した．
その後，この作成した校正板を用いて構築した光学系を用いてマイクロ流路内のマランゴニ対流の観察を進めたが，あいにくコロナ禍のために実質半年以上も実験の実施ができなかった．しかし何とか単純な平板上の微小流れを用いて，三次元観察が可能かどうかの検証まで実施した．その結果，構築したステレオPIVシステムにて1 mm以下の領域の三次元的な速度の計測が可能であることを示すことができた．以上
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