| Project/Area Number |
21J14294
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022)
Osaka Prefecture University (2021) |
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Principal Investigator |
杉本 真 大阪公立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Declined (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 気液混相流 / 格子ボルツマン法 / Phase-fieldモデル / 蒸発 |
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| Outline of Research at the Start |
格子ボルツマン法を用いた複雑構造内気液二相流解析ツールに対して，温度場，気相中の蒸気濃度場，液相中の溶質濃度場の解析ツールを実装する．その後，温度分布と液相中の溶質濃度分布の影響を考慮した高精度な蒸発モデルの開発を行う．開発手法の精度検証は加熱平板上蒸発液滴の解析により行う予定である．さらに，開発手法を用いて，複雑構造内における蒸発液滴の大規模解析を実施し，三次元溶質膜の形状制御因子の解明を行う．具体的には，液相の物性（粘度，表面張力），固相の複雑構造由来の物性（空隙率，透過率，屈曲度）ならびに固相表面の濡れ性が三次元溶質膜形成に及ぼす影響を調査・解明する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では複雑流路内の気液二相流解析に適した手法である二相系格子ボルツマン法に対して，蒸発の影響を実装した．蒸発現象を解析可能な二相系格子ボルツマン法を開発した例は過去に報告されているが，従来手法では液相の蒸発速度を過剰に見積もる問題が報告されていた．本研究では，この問題の原因が格子ボルツマン法の時間発展方程式に含まれる誤差項にあると考え，誤差項を打ち消すための項を付加することでこの問題を解決した．加えて，相の移流拡散方程式として二階の偏微分方程式である保存形Allen-Cahn方程式を用いることで，従来手法で用いられるCahn-Hilliard方程式（四階偏微分方程式）を解くよりも低コストかつ安定的に高密度比解析が可能となった．また，本手法を平板上三次元蒸発液滴に適用し，親液性表面において液滴の接触線付近の蒸発速度が高くなる現象を再現することができた．以上の結果をPhysical Review Eに発表した．
次に，温度場の影響を実装した二相系格子ボルツマン法の開発に着手した．しかしながら気液界面が変形・移動する解析において，界面付近で非物理的な温度分布が現れることがわかった．そこで本研究では温度分布を考慮した二相流解析の足掛かりとして，液相粘度の異なる複数の等温場解析を行うことで，温度場が液の濡れ広がりに及ぼす影響を疑似的に調査した．解析対象として水平角柱群への液の流下現象を選択し，液相粘度と角柱間隔が角柱表面の濡れ面積に及ぼす影響について調査した．その結果，レイノルズ数の平方根と角柱間隔の積を用いて濡れ面積を整理することで，統一的な傾向を見出すことができた．単層の角柱群の結果を混相流シンポジウムにて発表し，混相流学会誌「混相流」の精選論文特集号に選ばれた．また複層の角柱群の結果をICCHMTにて発表し，EntropyのSelected paperとして発表した．
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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