| 研究概要 |
超音波ドップラ流速計(UVP)並びに超音波時間相関法(UTDC)による固液混相流TVF(Taylor Vortex Flow)のカオス流動の測定について継続実験を行った.実験にはアスペクト比Г=3.0,半径比η=0.667の上下固定境界端を有するTVF発生装置を使用し,渦モードは正規2セルに焦点を当てた.Reynolds数(Re)の増加にしたがって,波動TVF,準周期TVFのスペクトル群が明確に捉えられ,同時に低周波成分におけるスペクトルも再現よく観察された.これより低周波成分は,カオス流動の原因になる可能性がより明確に示唆された.引き続き再現性の実験を実施する.UTDCによる測定実験では,適度な粒子濃度であれば,Reの高い領域までUVPの結果に近い速度分布が得られた.しかし粒子濃度を徐々に増加させ,濃厚な固液混相流に近づけるにしたがって,超音波が遠方まで届きにくくなり,速度分布計測に明らかなノイズ的乱れが観察されるようになって,TVFの対称性も崩れてきた.このため,UTDCの自己相関係数を0.90に上昇させて実験を試みたところ,測定制度に大幅な改善が見られた.ただし自己相関係数を上昇させ過ぎると,測定時間の増加や平均値の確度に問題が生じることから,適度な係数について今後検討する必要がある.
TVFバイオリアクター内における流れの遷移過程と細胞の損傷率について,より詳細な実験を行った.ここではせん断に弱いスピルリナ植物細胞を用い,内円筒半径Φ28mmに対して6mm程度偏心加工した内円筒を用いて乱流による細胞の損傷率を調べた.これより,Re<100,000で5日間培養した結果,従来の無偏心では細胞の損傷は殆ど観察されなかったが,偏心実験ではГ=1.0,Re=100,000で1.926mg/L程度の損傷が観察された.これは108mg/Lの細胞増殖量に比べると約1/100の損傷率となった.Г=3では更に低い損傷率の傾向を示したが,再現性等,今後検証する予定である
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