| 研究概要 |
電界共役流体(Electro-conjugate fluid, ECF)は,直流高電圧の印加によって活発なジェット流を発生する機能性流体である.しかし,電界共役流体に生じる流動のメカニズムは明らかではなく,理論体系の確立が実用化に向けた最大の課題であった.このため,本研究ではECFが不均一な電界において活発な流動を呈することに着目し,電界下におけるマクスウェル応力を導入してECFの流動発生メカニズムを明らかにすることを目的とした.
2009年度はまず,マクスウェル応力の不均一性に基づくECF流動理論を提案した.マクスウェル応力により,空間には電界の向きに平行に圧縮力が,垂直な方向に膨張力が発生するが,均一な電界下ではこれらの力に不均衡はない.しかし,不均一な電界下ではこれらの力に不均衡が生じ,流動を引き起こす原因となり得る.このため,ニュートン流体の運動方程式にマクスウェル応力に起因する外力を導入し,ECFに発生する流動の基礎方程式を構築した.有限要素法を用いて,電界分布およびマクスウェル応力分布を計算し,さらに流体解析を連成させることにより上記の基礎方程式を解析した結果,ECFに見られる流動の様子が再現でき,流速分布を明らかにした.つぎに,数値計算モデルと同様の電極を用いた流動実験装置を製作し,流れの様子を可視化した.また,得られた映像から粒子画像流速測定法を用いてECFに発生する実際の流速分布を明らかにした.なお,数値解析と実験結果は定量的に一致した.
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