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Hydrodynamic modeling of wettability change considering electrodynamics

Research Project

Project/Area Number 19K04178
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords電気流体力学 / 表面張力 / 微小スケール / 濡れ性 / 流体工学
Outline of Research at the Start

固体面の上に液体が乗った時に,固体が液体をはじき易いかぬれ易いかは,固体と液体の組合せで決まります.濡れにくい状態の系に電圧をかけるとぬれ易い状態に変わる「エレクトロウェッティング」という現象が知られています.限られた範囲では簡単な数式でその変化を表せるとされていますが,本質的な部分がよく分かっていません.本研究では,液体の運動を表す方程式と電場を表す方程式を,コンピューターシミュレーションによって再現し,実際に起きていると思われる現象を解明することを第1の目的としています.さらに,微量の液を制御する装置(化学的分析装置やディスプレイ)の設計や運転に役立つ知見を得ることを目指しています.

Outline of Final Research Achievements

For the purpose of developing a simulation method for electrowetting (EW), in which the wettability of a solid surface changes by applying voltage, the followings were performed.
1. In the existing simulators, there are irresponsible or unreproducible treatments for the wettability, so we have developed and improved a model to deal with a wide range of wetting phenomena. 2. Taking EW as a phenomenon of electrohydrodynamics, we developed a new method to solve the equation of electrical dynamics and calculate the force acting on the liquid.
As a result, a simulator that can be applied in a wide range was created, and it was shown that there is a possibility that the tendency seen in the experiment at low voltage and high voltage can be reproduced for the relationship between voltage and wettability.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電圧と濡れやすさの変化がどのような関係にあるかは,部分的には実験に合う理論式があるが,電圧が大きい条件などでは成立せず,その部分の物理もよく分かっていない.本研究では,EW現象を静電力学の問題ととらえたシミュレーションで再現できるかを試みた.
本当に濡れ性が変化しているのではなく,静電気力でそのように見えるだけという1つの見解につながる結果が得られた.この結果と開発されたシミュレーターは,マイクロTAS(微小総合分析装置)やEWディスプレイ等の新技術の開発・設計・運用に大変有用となる.

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Presentation (13 results)

  • [Presentation] Front-tracking法を用いた固体面への液体塗布の再現2022

    • Author(s)
      田尾 圭汰,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2021年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 固体面の高速な濡れ表現のための非浸透条件緩和モデルを用いた3次元Front-trackingコードの開発2022

    • Author(s)
      藤村 大輝,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2021年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Front-tracking法を用いた相変化現象の数値解析2022

    • Author(s)
      八木 佑真,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2021年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] AMR-Front tracking法による活性剤添加液中の気泡運動シミュレーション2022

    • Author(s)
      北 澄人,山本 恭史
    • Organizer
      日本機械学会関西支部第97期定時総会講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 境界要素法とfront-tracking法を組み合わせた電場中液滴挙動のシミュレーション2021

    • Author(s)
      吉川 和輝,山本 恭史
    • Organizer
      日本混相流学会混相流シンポジウム 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 境界要素法とfront-tracking法を組み合わせた電場中液滴挙動のシミュレーション2021

    • Author(s)
      吉川和輝,山本恭史
    • Organizer
      混相流シンポジウム2021
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 電気流体力学シミュレーションのための 境界要素法による円形液滴に作用する静電気力の計算法2020

    • Author(s)
      吉川 和輝,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2019年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 温度操作による液滴駆動のFront-tracking-TCUPシミュレーション(質量保存性について)2020

    • Author(s)
      小芝健太,山本恭史
    • Organizer
      日本機械学会関西支部第95期定時総会講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 電場中液滴の電気流体力学シミュレーション2019

    • Author(s)
      山本 恭史,宮本 和真
    • Organizer
      日本混相流学会 混相流シンポジウム 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Hele-Shawセルにおけるエレクトロウェッティングの一般化ナビエ境界条件に基づく2次元近似モデルの開発2019

    • Author(s)
      相坂享佑,山本恭史
    • Organizer
      第32回数値流体力学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 液面に落下する液滴による大気泡生成のAMRFront-trackingシミュレーション2019

    • Author(s)
      川口直樹,山本恭史
    • Organizer
      第32回数値流体力学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 固体面に衝突する液滴による濡れ挙動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
    • Organizer
      第32回数値流体力学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] GNBC-Front-tracking法による角を考慮した動的な濡れのシミュレーション2019

    • Author(s)
      平下尚悟,山本恭史
    • Organizer
      第32回数値流体力学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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