ゲル内部を通過する流体の流動特性と制御

流体在凝胶内通过的流动特性和控制

基本信息

批准号：
15656048
负责人：
松井純
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

内径1mm程度のガラス細管の一部に高分子ゲルを封入し、この細管に蒸留水を流す時、ゲル内部の水はゲルの編目の摩擦を受けつつゲル中を移動する。このときゲルの温度によって摩擦係数が変化し、流量が変化する現象を確認し、その特性について調べた。このような現象はマイクロマシン内部の流れにおいて、流量制御弁や可動部のない弁として利用できると考えられる。本研究ではアクリルアミドゲルとN-イソプロピルアクリルアミド(NIPA)ゲルを光重合剤を用いてガラス細管中に合成した.このゲルは感温性であり、特定の状況では数度の温度差によって流体抵抗が大きく変わることが報告されている。この細管に蒸留水を流したときの細管前後の圧力と流量の関係を、恒温槽によりゲル温度を変化させながら測定した。流量は重量計測または細管のニスカス移動量を顕微鏡で観察して計測した。また顕微鏡によりトレーサー粒子を可視化しての流量計測も試みた。その結果、温度が体積相転移点に近づくと摩擦損失係数が大きく変化することが確認された。細管壁画にゲルは接着されているため、体積がある程度拘束された状態での相転移については不明な点も多々残っており、ゲルの軸方向長さによって流動挙動が変化する場合が見られた。流量変化は最大で100倍近い試料もあったが、平均的には数倍程度の変化であった。弁としての利用には、さらに形状および材質の検討が必要である。また摩擦損失の指標になる物理量を検討した結果、ゲル内部の網目の等価直径を用いるのが妥当であるとした。

当将聚合物凝胶密封到玻璃管的一部分，内径约为1毫米，然后将蒸馏水倒入管中时，凝胶内部的水通过凝胶移动，同时从凝胶的缝线中摩擦。目前，摩擦系数的变化取决于凝胶温度和流速变化，并检查了其特性。这种现象可以用作流量控制阀或没有运动部件的阀内的流量。在这项研究中，使用光聚合物将丙烯酰胺凝胶和N-异丙基丙烯酰胺（NIPA）凝胶合成成玻璃管。该凝胶对温度敏感，据报道，由于某些情况下的温度差异，由于温度差异而显着改变流体抗性。测量蒸馏水之前和之后的压力和流量之间的关系通过恒定温度浴更改凝胶温度时，测量了蒸馏水之前和之后的关系。通过使用显微镜测量重量或观察管的清漆运动量来测量流量。我们还试图用显微镜可视化示踪剂颗粒并测量流速。结果，可以证实，随着温度接近体积相变点，摩擦损耗系数显着变化。由于凝胶粘附在管状壁画上，因此当体积在某种程度上限制时，相变的相变有许多未知数，并且在某些情况下，流动行为会根据凝胶的轴向长度而变化。对于某些样品的最大值的流量变化大约是最大的100倍，但平均是变化的几倍。为了用作阀门，需要进一步考虑形状和材料。此外，在检查了作为摩擦损失指标的物理量后，确定使用凝胶内的网格直径合理。