光機能性色素を用いたマランゴニ対流場における熱・物質移動現象の微細構造の解明

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750166
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 鈴木 祐二 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (20242274)
• Keywords: 光機能性色素 / フォトクロミズム / 界面現象 / 多次元計測

Research Abstract

フォトクロミズムを熱流体場の可視化計測に応用し,光機能性色素(フォトクロミック染料)を用いて紫外線照射による励起着色部の移動距離からの速度分布計測とともに,着色部の消色速度から温度分布をも非接触かつ同時に画像計測する方法を,自由界面近傍のマランゴニ対流場の解明に適用することを試みた.それに先立ち,固液界面近傍における本計測方による速度・温度測定の検証を行った.フォトクロミック染料であるスピロオキサジンを溶解したエタノールを用い,石英ガラスセル(幅10mm,高さ42mm,奥行50mm)内に側面加熱・冷却により発生させた自然対流場において,加熱壁面近傍の速度・温度同時計測を行った.それらの結果と物性値一定の2次元キャビティ内自然対流場の数値解析結果と比較・検討したところ,速度・温度ともに特に壁面近傍において若干の差異が見られた.そこで,物性値の温度依存性を加味した数値解析と比較したところ,加熱壁面近傍において物性値の変化,特に密度の温度依存性による影響が強く現れていることが分かった.さらに,今回検討した装置形状においては,キャビティ(ガラスセル)奥行方向前後の壁面の影響による3次元流れの影響も示唆された.これらの結果より,固液界面近傍では,温度変化の影響が流動・伝熱特性に顕著に現れることが確認された.さらに,本研究の目指す気液界面近傍のマランゴニ対流においては温度変化に加えて濃度変化・表面張力変化による影響が加わるため,さらに界面近傍の流動・伝熱特性が複雑となることが予想され,本研究によるマランゴニ対流場の熱・流動特性の解明の重要性が再確認された.