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気液自由界面を利用したマイクロ混合器の試作と数値解析

背景
・マイクロチャンネル内での混合
レイノルズ数が小さく粘性力が支配的な流れ.
   →分子拡散に依存する混合となる.
積極的に混合する工夫が求められている.

1.濃度勾配を大きくするため拡散距離の短縮
2.混合する液体同士の界面積の増大
1,2を目指すが圧力損失増大の問題点がある.

目的
・気液界面ではスリップすることにより剪断力が働かず圧力損失の低減が期待できる.
・微細な凹凸に気泡をトラップし流路内の障害物とみなすことで混合効率を上げられるのではないか.
  ⇒
・Fig.1のようなマイクロミキサを考案した.
・圧力損失の低減と混合の促進を目的としたマイクロ混合手法の特性を明らかにする.

Figure 1. モデル図

Figure 2.モデル図

Figure 3.ホイール回転中(Ω:1.785rad/s)のギャップ内フローパターン

まとめ
・試作したマイクロ混合器の性能評価に対し、PhoenicsによるCFD解析を併用し,その混合特性を明らかすることに役立てた.

マイクロフルイディクスへの適用例

芝浦工業大学工学部 小野直樹

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