テレメトリシステムを用いた液中粒子のダイナミクスに関する研究

利用遥测系统研究液体中颗粒动力学

• 批准号: 15760115
• 负责人: 原田 周作
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Hokkaido University (2004)University of the Ryukyus (2003)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760115/
• 关键词: 混相流; 流体力; 潤滑; 微粒子; 潤滑理論; 流体力学的相互作用

近年、ナノ・マイクロテクノロジーの発展に伴い,特定の波長の光を吸収する半導体粒子などの機能性微粒子の研究が盛んに行われており,溶媒中における微粒子挙動の解明が求められている.しかしながら低Reynolds数条件における粒子間の流体力学的相互作用は長距離性を有すること,また近接極限において連続体近似が破綻することなど複雑な因子を多く含むため,溶媒中における微粒子の分散・凝集のダイナミクスはほとんど明らかにされていない.本研究では,このような粘性流体中における固体粒子のダイナミクスに関連する研究として,粒子の自由運動にともなう位置および加速度変化を同時測定し,さまざまな条件における固体間の流体力学的相互作用の詳細を調べた.3種類の液中粒子の加速度計測用センサ粒子(以下,センサ粒子)を製作した.ピエゾ抵抗型微小加速度センサ,信号増幅部および電源部からなる小型回路をアクリル製中空粒子に内蔵し,データ取得のために,テレメトリ回路による無線送信,内蔵マイクロロガーによるデータ蓄積,微細エナメル線による有線通信の3手法を用いた回路を製作した.また外部からLED変位計,レーザ変位計を併用した粒子変位の非接触測定を行った.外部からの粒子変位測定により,低Reynolds数条件における粒子-固体壁面の接近時の粒子挙動が明らかとなった.固体壁面への接近時に潤滑効果による過大な流体力が作用し,壁面近傍で急激な減速運動を行う粒子の加速-減速過程は,低Reynolds数条件の定常流体力および非定常流体力の線形和により得られる粒子軌跡と定量的に一致した.またセンサ粒子による加速度測定により,定性的な流体力変化の傾向が得られた.本実験結果から,流体中の固体衝突に伴う流体力学的効果の詳細が明らかとなった.

随着纳米微技术的最新发展，已经积极研究了在特定波长处吸收光的半导体颗粒等功能性微粒，并且有必要阐明溶剂中细颗粒的行为。但是，由于低雷诺数条件下颗粒之间的流体动力相互作用具有很长的距离和许多复杂因素，例如连续近似值在接近度极限下的连续近似值失败，因此几乎没有阐明分散动力和溶剂中细颗粒的聚集。在这项研究中，作为与粘性流体中固体颗粒动力学有关的研究，同时测量了与颗粒自由运动相关的位置和加速度变化，并研究了各种条件下固体之间的水动力相互作用的细节。三种类型的传感器颗粒，用于加速液体颗粒中颗粒（以下称为传感器颗粒）。压电性微型启动计，信号放大部分和功率来源，由零件组成的小电路被内置在空心的丙烯酸颗粒中，对于数据采集，使用三种方法制造了电路：使用遥测电路进行无线变速器，使用固定的微学仪，以及使用Fine-EnameLEnameL织线进行内置的数据积累，使用内置的数据累积。另外，使用外部LED位移仪和激光位移仪对粒子位移进行非接触式测量。当颗粒 - 固体壁表面在低雷诺数下进行粒子壁表面接近粒子条件时，外部粒子位移的测量表明了粒子的行为。颗粒的加速度定位过程在壁表面附近经历快速减速运动的颗粒过程与粒子轨迹在低雷诺德数量下的稳态和非固态流体的线性总和获得。使用传感器颗粒的加速度测量也产生了流体力变化的定性趋势。该实验结果揭示了与液体固体碰撞相关的流体动力效应的细节。