Dynamics of monodispersed bubble generation skirting hydrodynamically crowded circumstance
| Project/Area Number |
21H01248
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo (2023)
Kyoto Institute of Technology (2021-2022) |
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Principal Investigator |
渡村 友昭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40777736)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小笠原 紀行 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00552184)
大友 涼子 関西大学, システム理工学部, 准教授 (00726862)
杉山 和靖 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (50466786)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
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| Keywords | 混相流 / 気泡 / 濃度 / 多体干渉 / 集団性 / 溶解 / 粒子 / 多対干渉 |
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| Outline of Research at the Start |
流体中に分散した無数の粒子や気泡など密度差をもつ分散体が重力に従って運動するとき，傾斜容器内部で生じる清澄分離に起因した容器規模の大規模な密度差対流が生じ，分散体の粗密分布構造が現れる．現象を清澄部と懸濁部を不混和二流体と近似することで，清澄部の流動不安定を評価できる．しかし，懸濁液の連続体近似に関する数理的な理解不足により，実験結果から流動場を事後評価することしかできていない．本研究は懸濁液中における密度流の出現に着目し，連続体と離散体の力学モデルを構築することで，清澄層の形成と非定常流動や三次元流動への遷移を希薄限界と関連付けて説明する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
傾斜容器内における気泡流の大規模循環構造を調査するため，個別気泡のIBM-DEMカップリング界面追跡シミュレーションを行った．解析領域を準二次元と設定し，変形しない軽量固体粒子の運動と周囲液体の流動を再現した．なお，分散体と連続体の運動量交換と，分散体同士，分散体と容器壁の運動学的条件を考慮している．気泡間の隙間流れを解像することが可能となり，気泡が充填されフォームとなる際に，運動量と体積置換により気泡の混合が促進されることが分かった．気泡直径と量を変数として流動を調査した結果，気泡の運動は周囲流体に阻害されるため，その移動速度が著しく低下することが分かった．粒子体積率に対する速度低下割合は，沈降系粒子懸濁に生じる干渉沈降速度と同程度であり，実効粘度の増加によってモデル化できることが分かった．
また，過飽和液体中の気泡の成長を調査するため，赤外性レーザ誘起気泡を用い，溶存気体量に対する気泡の成長を観察した．気泡核の数はレーザー強度に依存するが，成長速度はレーザー強度に依存しないことを示した．このことから，過飽和水中の気泡初生において，赤外線レーザの照射は制御性の良い手法であると結論付けた．発泡した気泡の挙動を理解するため，拡散支配の条件における微小気泡の成長と運動を多重極展開により定式化した．拡散支配の現象であるため，遠方場の影響を強く受けるが，成長に伴う並進と，周囲気泡の存在による成長競争が生じることを示した．また，ストークス動力学における壁の影響を検討し，密な懸濁液中に微小粒子の運動と濃度干渉の連成を検討した．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(10 results)
