岩田G / Iwata G
非ニュートン流体力学における異分野融合
（産業界ニーズへの対応と工学的付加価値の創造）
粘弾性流体、スラリーなどレオロジー特性に注目した研究と界面に関連した研究を進めています。非ニュートン流体を扱う製造現場が直面する問題の中には、わずかな工夫により解決する場合があります。問題の本質に様々な手法でアプローチして、内在する問題を解決する糸口を見つけていきます。
研究内容を簡潔に紹介します。
非ニュートン流体、粘弾性流体中における気泡運動
圧力振動場における高粘性流体中における微小気泡の挙動（国内．海外共同研究）
高粘性物質を扱う製造現場では、気泡の混入が大きな問題です。我々は、多くの高分子溶液が示すShear-thinning性に着目し、人工的に微小気泡の近傍の液体に剪断を与え、気泡をベール状に包む液体の粘性を低下させることにより、気泡除去が容易になるという新しい脱泡方法を開発しています。本シーズは、インラインで、連続的に処理することが可能です。シーズを具体化するプロトタイプの装置を開発し、気泡除去に成功しました。
本シーズは、従来の脱泡技術と異なる原理を用いています。粘性流体に含まれる微小気泡を非加熱で、インラインで連続的に脱泡処理を行うことができる特長があります。100Pa･sオーダーの高粘性流体にも適用した研究例も報告しております。
Tiny air bubbles can be a problem in the processes using viscoelastic fluids. We focused on the rheological property of viscoelastic fluids. Applying continuous pressure oscillation from outside generates continuous local shear in the vicinity of the bubble. The bubble can be removed in the case shear-thinning. We succeeded in visualizing retardation profile, which correlates stress of the fluid, and orientation angle profile surrounding bubble as show in following figures.
動画1 圧力振動印加による微小気泡の動き
Mov.1 Motion of bubble placed in an airtight cell filled with viscoelastic fluid under pressure-oscillating field.
図1 圧力振動場における微小気泡の動き（左：静止流体中、右：圧力振動印加時）
Fig.1 Snapshot of bubble in an airtight cell filled with viscoelastic fluid.
(The 3 pictures on the left are the bubble in a static fluid, the 5 pictures on the right are bubble under pressure-oscillating field.)
図2 圧力振動場に設置された気泡周辺に発生する流動複屈折計測の例（膨張時）
上側：モノクロ画像、中央：遅延分布、下側：配向分布
Fig.2 Snapshot of bubble in an airtight cell filled with viscoelastic fluid under pressure-oscillating field.
(The 3 pictures on the left are the bubble in a static fluid, the 5 pictures on the right are bubble)
(Upper: the monochrome image, Middle: retardation profile, Lower: the orientation angle.)
図3 図2の配向分布の拡大図（上側）と配向角の図（下側）、
気泡の膨張により、気泡の周囲流体が気泡の界面方向に沿った方向に配向する様子が分かる。
Fig.3 Close-up image of retardation profile (upper) and the orientation profile (lower)
関連する研究テーマ
圧力振動場における気泡運動
- 圧力振動を用いた粘弾性流体からの微小気泡除去
- 脱泡装置の連続プロセス化（インラインで連続的に分離する技術の開発）
- 流動複屈折による応力場の評価
- 複数気泡間での相互作用メカニズムの解明
- 新型伸長粘度計の開発
粘弾性流動解析
- 膨張収縮する気泡の粘弾性流動解析
- 伸長粘度計の開発（砲弾ボブ型伸長粘度計。数値解析を担当）
レオロジー特性による上昇気泡の動き
- 特殊高分子水溶液中を上昇する気泡形状に関する研究（国内共同研究）
- ゲル化しつつある溶液中における気泡の特異形状（レオロジー学会論文賞受賞）
界面や粒子が関係する研究
- コーティングに関する研究
- レオメーターを活用した研究
- 微細管からの気泡排出に関する研究
- 濃厚系スラリーのゲル化における粘度変化をその場で評価を行います。
- スラリー閉塞のその場観察に関する研究
微小液滴を用いた動的表面張力の測定
農薬散布やコーティングなど、界面が急激に増加するプロセスでは、界面活性剤が大きな役割を果たします。本シーズは、動的な系における表面物性である動的表面張力をわずか１滴で測定する手法です。具体的には、上下振動する固体面上で変形する液滴形状について、実測形状と理論解析との比較から動的表面張力を決定する方法です。装置、解析方法を独自に開発しており、既存の手法との良好な一致が得られております。
We developed a novel method for measuring the dynamic surface tension of liquids using mechanically vibrated sessile droplets. Under continuous mechanical vibration, the shape of the deformed droplet was fitted by numerical analysis, taking into account the force balance at the drop surface and the momentum equation.
図4 液滴の拡大写真と数値解析で求められた液滴形状
関連する研究テーマ
- 静的/動的な表面張力・接触角の測定手法の開発
- 界面活性剤性能評価
- 界面レオロジー評価
- 高温系での測定
主な装置
- 偏光高速度カメラ（Photron）
- レオメーター（Anton Paar MCR-302WESP）
低粘性流体から高粘性流体まで測定が可能です。
様々なオプションを有しており、磁気粘弾性、可視化、フィルムの粘弾性評価などが可能です。
詳細はこちら。
企業との共同研究多数。