流体密度の温度特性を利用したマイクロバブルの収縮消滅速度を制御する新技術の開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25917014
• Research Institution: Kitakyushu National College of Technology
• Principal Investigator: 島津 公紀 北九州工業高等専門学校, 教育研究支援室, 技術専門職員
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: マイクロバブル / 温度特性 / 収縮消滅

Research Abstract

水流の可視化においてトレーサとしてマイクロバブルを利用するため、発生したマイクロバブルの移送を行う際に発生から時間の経過により多くのマイクロバブルが収縮消滅して利用できない。そこで、水の温度を制御することにより収縮消滅を減少させるために水温と気泡径が検証できるようなマイクロバブル径の制御実験装置を製作した。水槽は透明アクリル材とガラス管を用い、マイクロバブルを発生させるノズルを配置した発生用水槽と、その中に温度制御をするための電熱ヒーターを中央に配置したアクリルパイプ製測定用水槽からなっている。電熱ヒーターの周りには上下が貫通し、マイクロバブル水を取り込むためのガラス管を配置している。水槽でガラス管内にはマイクロバブルを撮影しやすくするためステンレスや樹脂製の微細なメッシュを挿入している。また、マイクロバブルの撮影には光源とマイクロスコープを用いた。
実験方法はマイクロバブルの発生前に水槽内の溶存酸素を測定後、十分にマイクロバブルを発生させ、測定用水槽のガラス管内にマイクロバブル水を取り込み、電熱ヒーターでガラス管周辺の水を温めることでガラス管内のマイクロバブル水の温度を変化させた。
ガラス管内の微細なメッシュに付着したマイクロバブル径を測定すると発生直後の水温20℃で直径は30㎛～50㎛程度であった。その後、測定用水槽内のヒーターを60℃まで上昇させ、5℃毎にマイクロスコープで撮影し、各温度における径を比較した結果、直径は温度上昇に応じて大きくなり、60℃では20℃のときの3倍程度に変化した。30㎛以下のものも確認できたが、小さいものは発生直後から収縮する速度が速いため温度変化による制御は困難であった。30㎛以上のものは発生後、比較的安定した状態にあるため、水の温度を変化させることで気泡径と収縮消滅時間の制御が可能であることが確認できた。