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2019 年度 実績報告書

変形・変動を伴う流動界面への界面活性剤吸脱着現象の探求とモデル化

研究課題

研究課題/領域番号 19H02067
研究機関関西大学

研究代表者

細川 茂雄  関西大学, 社会安全学部, 教授 (10252793)

研究分担者 冨山 明男  神戸大学, 工学研究科, 教授 (30211402)
林 公祐  神戸大学, 工学研究科, 准教授 (60455152)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード界面 / 界面活性剤 / 時空間フィルタ流速計 / 吸着 / 液滴
研究実績の概要

多くの工業分野,自然界において気泡や液滴を含む流れが見られるが,界面活性剤などの汚染物質が含まれる場合,気泡/液滴と周囲流体間の運動量/熱/物質移動が清浄系と異なることが知られている.しかし,変形しながら流動する界面への界面活性剤の吸着/脱離に関する知見は少なく,数値予測においても静的な系における吸脱着モデルが利用されているが,その検証は全くなされていない.本研究では,非変形球状界面に対して 開発された高精度速度分布計測に基づく界面上界面活性剤濃度評価手法を変形・変動する流動界面における計測手法へと発展させるとともに,本手法を用いて流動する界面への界面活性剤の吸着/脱離特性に及ぼす界面変形・変動を明らかすること,および当該物理現象を内包する工業機器の数値予測精度向上に寄与する吸脱着モデルの開発を目指す.
本研究では大別して3つの実験,すなわち,1)球形液滴の流動界面への吸脱着特性の把握,2)非球形液滴の流動界面への吸脱着特性の把握, および3)時間変動する界面への吸脱着特性の把握を段階的に実施する. 本年度は,球形液滴の流動界面への吸脱着特性の把握を中心に実施し,既開発の時空間フィルタ流速計(SFV:Spatiotemporal Filter Velocimetry)に基づく界面活性剤界面濃度評価手法を種々の条件下の液滴に適用し,実験データを蓄積するとともに,球形液滴の流動界面における界面活性剤の吸脱着特性を検討した.また,2)非球形液滴の流動界面への吸脱着特性の把握に関しては,種々の液滴形状における吸脱着特性の測定を行うため,既存のSFVを一般座標系における任意四角領域で速度測定できるように拡張するとともに,その性能を調べた.

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

本研究では大別して3つの実験,すなわち,1)球形液滴の流動界面への吸脱着特性の把握,2)非球形液滴の流動界面への吸脱着特性の把握, および3)時間変動する界面への吸脱着特性の把握を段階的に実施する計画であり,本年度は,1)の実験データ蓄積と基本特性の把握および2)に必要な計測手法構築を目的とし,概ね計画どおりの成果が得られらため.

今後の研究の推進方策

本研究では大別して3つの実験,すなわち,1)球形液滴の流動界面への吸脱着特性の把握,2)非球形液滴の流動界面への吸脱着特性の把握, および3)時間変動する界面への吸脱着特性の把握を段階的に実施する計画であり,今後は,1)に関しては、さらに実験データを蓄積し、吸脱着特性の理解を進める.2)については、本年度構築した計測手法構築を用いて非球形液滴界面に関する実験データを取得するとともに球形液滴界面との違いを調べる.3)については計測手法の開発を進める.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] University of Sao Paulo(ブラジル)

    • 国名
      ブラジル
    • 外国機関名
      University of Sao Paulo
  • [学会発表] Spatiotemporal Filter Velocimetry, Fundamentals and Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa
    • 学会等名
      5th Multiphase Flow Journeys
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optical Measurements for Validation of Numerical Simulation of Two-Phase Flow2019

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa
    • 学会等名
      4th Workshop on Advances in CFD, LB and MD Modeling of Capillary Two-Phase Flows and Experimental Validation
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Viscous Stress and Pressure Acting on Interface of Contaminated Drop2019

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Hosokawa, Gaku Shigekane, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      10th International Conference on Multiphase Flow
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Drag Force Acting on a Contaminated Single Drop Based on Velocity Distribution2019

    • 著者名/発表者名
      Gaku Shigekane, Shigeo Hosokawa, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      ASME - JSME - KSME Joint Fluids Engineering Conference 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of Spatiotemporal Filter Velocimetry to Evaluation of Drag Force Acting on Single Drop2019

    • 著者名/発表者名
      Gaku Shigekane, Shigeo Hosokawa, Kosuke Hayashi, Akio Tomiyama
    • 学会等名
      The 11th International Symposium on Measurement Techniques for Multiphase Flow
    • 国際学会
  • [学会発表] 速度分布計測に基づく液滴に作用する抗力の評価2019

    • 著者名/発表者名
      細川茂雄, 重兼楽, 林公祐, 冨山明男
    • 学会等名
      理論応用力学講演会

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公開日: 2021-01-27  

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