| 研究課題/領域番号 |
26249015
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
西山 秀哉 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20156128)
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| 研究分担者 |
高奈 秀匡 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (40375118)
上原 聡司 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (70742394)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 機能性流体 / 放電 / 微小気泡 / プラズマ / 流体輸送 / 水質浄化 |
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| 研究実績の概要 |
２本細管内気泡放電現象を利用した水質浄化用小型反応性プラズマデバイスを試作し、特に細管長さや入力電圧による放電特性、気泡の挙動およびメチレンブルーの脱色分解特性の相関を実験的に明らかにした。また、高効率水質浄化のためのナノパルス放電気泡による液中化学反応とラジカル拡散の実験・計算統合解析を行った。以上、実験および数値シミュレーションにより、得られた結果を要約すると以下のようになる。
１．放電発光の高速度カメラ画像解析より、短い細管では、２つの放電は同期して発生するが、長い細管の場合は交互に発生する。短い細管では、OHラジカルの発光強度が強く、長い細管ではOHラジカルの生成量は少ないが、消費電力が小さい。
２．細管内の気泡界面ダイナミクスの可視化解析により、気泡の膨張、排出および収縮の挙動の中で細管壁上で液膜の一部が蒸発し、放電が発生する。短い細管では、気泡は3～5Hz、界面速度が最大1.0m/sで膨張・放電・収縮を繰り返し、同期して排出される。長い細管では、気泡は0.3～0.5Hz、界面速度0.75m/sでゆっくりと膨張・収縮し、気泡長さが10mm程度で気泡界面両端で放電が発生する。
３．メチレンブルーの脱色性能は、２本の細管では１本の細管に比べ分解量が向上し、10分間で40％分解される。短い細管では高速な分解速度、長い細管では、高いエネルギー分解効率が期待できる。
４．酢酸分解のためのナノパルス放電気泡内で発生したラジカルの拡散過程に関して、気泡内では０次元、気液界面ではヘンリーの法則、液相内で二次元拡散モデルを構築した。OHラジカルは、2mmの気泡に対し界面から4μmで、濃度が10-3に減少する。また、発生したOH濃度に対応した酢酸の分解割合は、同じ消費電力では低電圧・高周波で増加し、実験と定性的に一致した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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