| 研究概要 |
本研究の目的は,電荷をもつ微粒子(以下,イオン)が流体によって輸送されるメカニズムを,イオンカウンターおよびイオン濃度プローブによる濃度計測と,流体計測の両方を駆使して明らかにすることにある.イオンのモビリティー(移動度)を向上させ,イオンの到達距離が大きくなるような流体による輸送法を提案し,イオン利用機器の性能向上に役立てることを課題としている.
本年度では,イオンモビリティーを向上させるための流体による制御技術として,これまで扱ってきた軸対称噴流に旋回成分を導入し,主噴流に対する旋回流の強さの比を変えた場合のイオン輸送効果への影響を検証した.まずXプローブを用いて,旋回噴流の2方向の速度成分を測定した.その結果,良好な軸対称性をもつ旋回噴流が実験装置内に実現されていることを確認した.次に旋回流の強さを変えて噴流内のイオン濃度を測定したところ,半径方向のイオン濃度が旋回流を加えていない状態にくらべ増加することがわかった.すなわち旋回流によるイオン輸送の制御が可能であり,広範囲のイオン輸送が必要な除電器・除菌器などの性能向上への役立つ知見が得られた.噴流の近傍では,イオンの濃度分布は噴流の速度のポテンシャルコアと同じ分布傾向を示すが,遠方では分布が異なること,流体中の乱流成分とイオン濃度分布のばらつきが高い相関をもち,噴流中の様々なスケールの渦構造にイオン輸送が影響されること,を示唆する結果が得られた.またイオンの濃度勾配からイオンの拡散係数を定量的に求めた.これらの結果は,本研究で行うイオン輸送の数値シミュレーションに導入される予定である.
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