Wall wettability and fluid rheology effects on two-phase flows in microchannel

壁润湿性和流体流变学对微通道内两相流的影响

基本信息

批准号：
22K03907
负责人：
川原顕磨呂
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、マイクロ・ミニ流路内の二相流動特性、特に相界面性状や圧力損失に及ぼす流路壁面の濡れ性、非ニュートンレオロジー特性、流路スケールの三つの因子の影響を明らかにし、二相流動特性を定量予測できるモデルを構築することを目的として、本年度は次を実施した。・ニュートン流体（水）とマイクロ流路壁面濡れ性の関係を把握するためのデータベースを構築した。その際、流路壁面の接触角を9～166°の範囲で変化させて、流動様式、気泡速度、気泡の長さ、液スラグの長さ、圧力損失、気泡生成時の気液界面の遷移についての広範囲の実験データを獲得した。その結果、圧力損失は流動様式と関係し、その流動様式は壁面の濡れ性に密接に関係することを明らかにした。濡れ性が良い（流路壁面と流体の接触角が小さい）ほど気泡の長さは短くなり、圧力損失は大きくなる。他方、濡れ性が悪い（接触角が大きい）ほど、気泡の長さが増大し、圧力損失は減少することが分かった。・非ニュートン流体として用いる高分子（カルボキシメチルセルロース、ポリアクリルアミド）の水溶液のレオロジー特性を調べた。キャピラリー法により擬塑性特性を把握し、Capillary breakup extensional rheometer法により緩和時間を測定して弾性特性を把握した。加えて、ポリアクリルアミドの水溶液については使用による劣化特性を調査した。その結果、見かけの粘度および緩和時間の減少が確認された。また、急拡大部を通過する際、ニュートン流体では見られないエネルギーの回復を観察し、そのモデルを検討した。

在本研究中，我们阐明了微细通道中的两相流动特性，特别是通道壁润湿性、非牛顿流变特性和通道尺度这三个因素对相界面性质和压力损失的影响，并进行了以下活动。今年开展的这项工作的目的是构建一个可以定量预测两相流特性的模型。・我们构建了一个数据库来了解牛顿流体（水）和微通道壁润湿性之间的关系。此时，通道壁表面的接触角在9°至166°范围内变化，以确定流动模式、气泡速度、气泡长度、液渣长度、压力损失和气液界面的转变。在气泡产生过程中，我们已经获得了大量的实验数据。结果表明，压降与流型有关，而流型与壁面润湿性密切相关。润湿性越好（通道壁面与流体的接触角越小），气泡长度越短，压力损失越大。另一方面，发现润湿性越差（接触角越大），气泡长度越长，压降越低。・研究了用作非牛顿流体的聚合物（羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺）水溶液的流变特性。使用毛细管法测定假塑性，使用毛细管破裂拉伸流变仪法通过测量松弛时间测定弹性特性。另外，对聚丙烯酰胺水溶液因使用而劣化的特性进行了研究。结果，确认了表观粘度和松弛时间的降低。此外，我们观察到了牛顿流体在通过快速膨胀部分时所没有的能量恢复，并研究了这种恢复的模型。