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マイクロフルイディクスへの適用例

Part1 回転流れを用いたマイクロミキサーについて

背景
・Micro mixer とはμ-TASなどで使用される、ダウンサイジングの効果を積極的に利用した微小な液混合器
micro化の利点
1.比界面積が大きくなるため、分子拡散を効率的に行え、時間の短縮ができる。
2.試薬や廃液の低減ができる。
3.システムの小型化が可能。

目的
(1)新たなMixerの提案回転流れを発生させ液−液界面を増加させ、分子拡散による液体の混合を促進させ既存のmixerより効率のよいmixerを提案できないか検討する。
(2)特性の検証回転流れを用いたmixerの特性を検証する。
(3)形状の検討回転流れを用いた混合をより効率よく行える形状のmixerを検討する。

Figure 1. モデル図

Figure 2.計算結果

まとめ
(1)回転流れを用いたmixerでは、一般的なmixerと比較して、高流速域での混合が期待できる。しかし低流速域では溶液の混合に適していない。ただし混合が期待できる領域では圧力損失が大きくなる傾向にある。
(2)渦流を3次元的にし、渦の回転数を増やすため、ある程度厚みを持たせたほうが混合効率が良い。
(3)流体の比表面積、渦の回転数が増えるためMixerに対して流入口の断面積が小さいほうが効率が良い。ただし圧力損失は大きくなる。

Part2 微細撥水面の摩擦抵抗について

背景
表面張力を利用したはっ水面の研究→マイクロレベルでの加工技術の発達により可能になる。
同様の形状をマイクロチャネル(微細流路)に活かせないかを考え、微細流路内の壁面を表面張力で保持するモデルを作り、数値解析を行う。

目的
微細流路における粘性抵抗の低減をめざして、壁面摩擦損失の低減に対する、
(1)表面張力で支持する溝長lによる影響
(2)一定の面積比の流路における溝の刻み方の違いの影響
について数値モデルを用いて検討する。

Figure 3.モデル図

Figure 4.計算結果

Figure 5.計算結果

まとめ
(1)マイクロフルイディクスの分野でのPhoenicsの適用例を示した。
(2)マイクロスケールの流れでの精密な流速や濃度、温度の測定は簡単ではない。数値モデルを用いて検討しておくことは非常に重要である。
(3)併せてマイクロスケールの実験技術、測定技術の進歩も望まれ、数値計算と実験結果を迅速かつ簡便に比較検討できるシステムが望まれる。

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 機械工学第二学科 小野直樹

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