| 研究課題/領域番号 |
21K20420
|
|---|
| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
|---|
研究代表者 |
齋藤 慎平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (80909606)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-08-30 – 2023-03-31
|
| キーワード | 泡沫 / 可視化 / 計測 / 混相流 / 光ファイバプローブ / ソフトマター / マイクロバブル / 界面活性剤 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，泡沫を構成する液膜厚さやその移動といった，泡沫の微細かつ非定常な挙動と泡沫の巨視的特性を明らかにするための計測技術を開発することである。
2021年度は，まず，本研究の計測対象である泡沫を槽内で生成させ，その泡沫を観察するための実験装置を製作した。陰イオン性界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム（SDS）水溶液を満たした槽内にマイクロバブルを連続的に注入し，気泡の浮上，合一，成長の効果を利用して槽内に泡沫を生成可能であることを確かめた。また，生成した泡沫を2次元平板間から流出させ，水平方向に運動する2次元泡沫の挙動を捉えることが出来た。槽内の初期条件および槽内に注入する気相流量に応じて，泡沫がドライ状態からウェット状態へと遷移する様子を観測し，同期計測した差圧（泡沫流の圧力損失）データとは相関がみられた。また，泡沫を構成する液膜の厚みを画像から計測したところ，数十から百数十 umのオーダであった。
さらに，並行して，光ファイバプローブを用いた気液界面計測の構築を進めた。LED光源から出力したビーム光を対物レンズでプローブに集束させ，その戻り光は偏光板を介してフォトディテクタで検出した。さらに，この光ファイバプローブを，上述の流動する2次元泡沫に適用した。カメラによる観察と同期させたところ，泡沫を構成する液膜と気泡との接触を繰り返す，泡沫に特徴的な信号を，10 us以下の高時間分解能で捉えることができた。
|
| 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
021年度において必須であった実験系の構築を実施し，想定通りに動作できることを確認できた。また，光ファイバプローブ計測の泡沫体系への適用性と，泡沫計測における有望性を見出すことが出来た。現状までに得られている2次元泡沫の観察結果等にについては，国内学会での報告を少なくとも一件予定しており，おおむね順調に進展していると判断している。一部，世界的な半導体不足の影響製で，高精度圧力センサ等の納品が大幅に遅れるなど，物品の調達における遅れはあるものの，これまでに構築した実験系にて明らかにしてゆくべき現象は未だ多く残されており，研究の進捗に対する問題とはなっていない。
|
| 今後の研究の推進方策 |
2021年度に構築した実験系を用いて，一連の可視化計測を実施したところ，2次元泡沫を構成する液膜の幾何学構造が，条件に応じて極めて複雑に変化していることが見出された。現状の知見を以て，当初想定していた「温度勾配を有する系に当該手法を応用」を実施した場合，巨視的な特性と泡沫の微細構造の因果関係が不明瞭になる恐れがある。したがって，これまでに構築した実験系をベースとし，光ファイバプローブ計測の妥当性評価用の装置を追加で構築しつつ，泡沫の複雑な幾何形状と光ファイバプローブの信号との相関を明らかにすることを主たる目的とし，研究を進めていく。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
年度内に発注済であるが，半導体不足等による納品・研修の遅れのため次年度使用額が生じた。
|
