研究課題
本研究では、光マニピュレーション技術を用いて、単一または複数の微小燃料液滴を操作し、ナノメートルからマイクロ領域における燃焼反応のダイナミクスを解析する技術を開発するとともに、微小領域における熱流体の解析、熱伝搬解析を行なうための理論構築を行なうことを目的として研究を実施した。光マニピュレーション技術を用いれば、大気中で微小な単一の液滴を捕捉して制止させることができるため、顕微光学系を用いて、微小領域の燃焼過程を観察・解析することが可能になる。また、共焦点光学系や多光子励起過程を用いることによって、微小領域の反応ダイナミクスを 3 次元的に制御・解析するための手法を開発する。さらに、微小液滴の燃焼過程を解析するためのモデル化を行なった。まず本研究では、顕微光学系を用いて大気中で単一の液滴を捕捉する技術するための基礎実験システムを開発した。液滴をレーザーの集光位置に導入するためのシステム、操作性向上のために捕捉力の高いマニピュレーションシステムを構築を行なった。開発したマニピュレーションシステムに可燃性液滴を導入し、液滴の燃焼過程を高速度カメラで観察する。液滴の燃焼には、加熱、レーザー光による着火などを検討し、着火方法による燃焼過程の違いを明らかにした。複数の液滴を同時に捕捉し、液滴の大きさ、距離、等による燃焼の伝搬過程を解析し、理論解析結果との比較検討を行ない、計測手法の最適化を行なった。高速度カメラで微小液滴の燃焼過程の観察を行い、着火方法による燃焼伝搬を明らかにした。さらに開発した光マニピュレーションシステムの応用研究についても検討し、微小液滴間の化学反応、微小液滴からの微結晶成長過程の観察などを検討した。
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