Drag Reduction Effect of Microbubble/Water Mixtures and Complex Fluids into Capillary Flows

Abstract

近年,マイクロバブル(平均粒径が 10 μm~数 10 μmの気 泡)を用いた様々な研究が注目を集めている.例えば,水 産,農業分野では,養殖や育成促進への応用が報告され , 環境,土木分野では,水質改善(浄化作用)が報告されてい る.また,工業分野への応用としては,洗浄効果 ,殺菌 効果 ,および,抵抗低減効果 が報告されている.そ の中でも注目されているのが壁面摩擦の低減効果である. Kodamaら は,船舶の壁面に気泡を注入し,摩擦抵抗を低 減する技術開発を行った.しかし,この研究は,ミリサイズ の気泡を用いたものである.また,円管内の流れについては, Kawashimaら がマイクロバブル発生により乱流域(レイ ノルズ数 ; Re > 1.0×10)の圧力損失が数%減少すると報告 している.Serizawaら は,鉛直管内にマイクロバブルを 混合した水(以下,マイクロバブル水と呼ぶ.)の管摩擦係 数λ を測定し,Reが 2.0×10まで層流の理論値(λ = 64/Re) とほぼ一致する擬層流化現象を見出した.しかしながら,マ イクロバブルによる摩擦損失低減のメカニズムは未解明で ある.一方,界面活性剤や高分子添加による抵抗低減効果は, Inabaら や Kajishimaら により報告されている.このよ うな状況に鑑み,本研究では,水,マイクロバブル水,界 面活性剤水溶液,高分子水溶液を内径 0.75 mm~ 0.11 mmの 細管に流し,その際の圧力損失を測定し,管摩擦係数を算 定する.これらを通して,マイクロバブルの摩擦損失低減 のメカニズムを明らかにすることを目的とする.