Clarification on growth process of flow-induced gel and it's limitation
| Project/Area Number |
20K14673
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
原 峻平 同志社大学, 理工学部, 准教授 (20844088)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | ソフトマテリアル / 流動誘起ゲル / 相転移 / 開水路 / 乱流 |
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| Outline of Research at the Start |
流動誘起ゲル相転移を利用した新技術・次世代の新規高機能性材料の開発等に向けて，流動誘起ゲル相転移の理論構築が必要とされる．そこで本研究は，その一助として，開水路乱流内に流動誘起ゲルを形成させ，流動条件ごとに流動誘起ゲルの時空間構造を明らかにし，流動誘起ゲルの成長過程と成長限界を解明することを目的とする．目的達成に向け，速度・濃度場の時空間同時測定をすることで，流動と流動誘起ゲル構造に関する双方の解析を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
流動誘起ゲル相転移を利用した新技術・次世代の新規高機能性材料の開発等に向け，信頼性の高い流動誘起ゲルの理論の構築が必要とされる．本研究では，広い開水路の底面から浸出壁を介して界面活性剤溶液を浸み出すことで，開水路乱流中に流動誘起ゲルを作り出し，その時の時空間的挙動を実験的に調査する．そして，流動と流動誘起ゲル構造に関する双方の解析を通じて，流動条件ごとの流動誘起ゲルの時空間構造を明らかにし，開水路乱流中で形成される流動誘起ゲルの成長過程と成長限界を解明することを目的とする．
作成した大型開水路を利用して流動誘起ゲルの時空間的挙動を調査した．開水路のせん断乱流に界面活性剤溶液を浸出させると，たとえ数十ppmのものであったとしても，流動誘起ゲルが壁面から壁面垂直方向に成長していく様子を捉えることに成功した．最終的に浸出開始付近で流動誘起ゲルは壁から10cmオーダーの大きさに成長した．なお，せん断乱流の溶液が水であったとしても，小規模の流動誘起ゲルの形成が確認された．また，流動誘起ゲルは浸出開始後のある時間を堺に急激に成長することや流動誘起ゲルとせん断乱流の界面は時間とともに揺動することが明らかとなった．流動誘起ゲルはスパン方向に縞状の分布を持ち，流れ方向に一定の周期で揺らいでいる様子も確認された．流動誘起ゲルは固体的性質を有しているため流れをせき止める様子も確認されたが，触ると崩れる程度の強度であることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
界面活性剤溶液の開水路せん断乱流に対して壁面の金網から界面活性剤水溶液を浸出すると10cmオーダーの厚みを持つ流動誘起ゲルが形成された．この流動誘起ゲルは浸出開始後のある時間を堺に急激に成長することや流動誘起ゲルとせん断乱流の界面は時間とともに揺動することが明らかとなった．また，一様せん断乱流に設置したメッシュ付きノズルから浸出された流動誘起ゲルの成長幅が動粘度及び主流方向速度変動の乱れ強度と積分長スケールで構成される乱流レイノルズ数によって整理できることがわかった．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，粒子画像流速計測とレーザ誘起蛍光法の同時測定を行い，速度場・濃度場を吟味することで固体の流動誘起ゲルが周囲の流れとどのように相互干渉するかをゲル厚みの位相速度等に着目しながら調査する予定である．また，得られた結果について国内・国際会議で発表する予定である．
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Report
(3 results)
Research Products
(3 results)
