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Study of droplet manipulation utilizing surface tension effect in microfluidics

Research Project

Project/Area Number 16K06095
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionKansai University

Principal Investigator

Yamamoto Yasufumi  関西大学, システム理工学部, 教授 (90330175)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords流体工学 / 混相流 / 表面張力 / 微小スケール / 濡れ性 / エレクトロウェッティング / 電気流体力学
Outline of Final Research Achievements

This study was performed to model surface-tension-related phenomena (wettability control, Electrowetting, Marangoni effect) from the perspective of computational fluid dynamics. The surface-tension related phenomena are effectively utilized as techniques to operate a liquid in the microfluidics devices.
(1) About electrowetting, experimentally observed droplet manipulation could be reproduced by our simulation code by using an empirical relation. (2) The simulation of droplet flow in electric field was enabled by solving the equation of the electric field and expressing electric force. Then, we obtained possibility that electrowetting phenomena could be reproduced without the empirical relation. (3) In addition, the accuracy of wetting simulations was highly improved.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

micro-TAS 等のマイクロ流体素子における液操作の工学プロセスにおいて,現象の予測と制御が可能となることが学術的特色・独創的な点である.表面張力が支配的な流体現象における,各表面張力関連現象が系全体の挙動に与える影響などを定量的に明らかにできるシミュレーションコードが開発できた.このコードを用いてシミュレーションを行えば,効率的な液面・液滴操作技術の飛躍的な向上が期待できる.また,工学的応用に限らず,本研究の主題は「表面張力が支配する微小スケールでの流体現象」という流体力学の重要分野に直接関連するものであり,その学術的普遍性は極めて大きい.

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] Numerical and theoretical analyses of the dynamics of droplets driven by electrowetting on dielectric in a Hele-Shaw cell2018

    • Author(s)
      Yamamoto Yasufumi, Ito Takahiro, Wakimoto Tatsuro, Katoh Kenji
    • Journal Title

      Journal of Fluid Mechanics

      Volume: 839 Pages: 468-488

    • DOI

      10.1017/jfm.2018.16

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Hele-Shawセル内でのエレクトロウェッティングの 2次元近似モデルの開発2019

    • Author(s)
      相坂享佑,山本恭史,大友涼子,田地川勉,板東潔
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会2018年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 高速な濡れを再現する非浸透条件緩和モデルの検討2019

    • Author(s)
      川上耕平,山本恭史,大友涼子,田地川勉,板東潔
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会2018年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] エレクトロウェッティングによる液滴操作の電気流体力学シミュレーション2018

    • Author(s)
      宮本和真,山本恭史
    • Organizer
      混相流シンポジウム2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] エレクトロウェッティングによるHele-Shaw セル内液滴運動の理論解析2017

    • Author(s)
      加藤健司,山本恭史,大友涼子,脇本辰郎,伊藤高啓
    • Organizer
      混相流シンポジウム2017
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] エレクトロウェッティングによるHele-Shaw セル内液滴運動の数値解析2017

    • Author(s)
      山本恭史,加藤健司,大友涼子,脇本辰郎,伊藤高啓
    • Organizer
      混相流シンポジウム2017
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] エレクトロウェッティングによるHele-Shawセル内 液滴運動のFront-trackingシミュレーション2017

    • Author(s)
      山本恭史,大友涼子,伊藤高啓,脇本辰郎,加藤健司
    • Organizer
      可視化情報学会全国講演会(室蘭2017)
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] エレクトロウェッティングによる液滴操作の電気流体力学シミュレーション―界面近傍の物性の与え方に関する検討―2017

    • Author(s)
      宮本和真,山本恭史,大友涼子,田地川勉,板東潔
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会平成28年度学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 温度操作による液滴駆動のシミュレーション(TCUP法による密度変化への対応)2016

    • Author(s)
      坂口耕平,山本恭史, 大友涼子, 伊藤高啓,脇本辰郎,加藤健司
    • Organizer
      第30回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • Year and Date
      2016-12-12
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] エレクトロウェッティングによる狭小平板間における液操作のシミュレーション2016

    • Author(s)
      山本恭史,大西祐司,大友涼子,伊藤高啓,脇本辰郎,加藤健司
    • Organizer
      混相流シンポジウム2016
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-08-08
    • Related Report
      2016 Research-status Report

URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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