Exploration and development into formulation engineering of anomalous transport with high freedom
| Project/Area Number |
21KK0261
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022)
Osaka City University (2021) |
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Principal Investigator |
増田 勇人 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 講師 (90781815)
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| Project Period (FY) |
2022 – 2024
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000)
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| Keywords | Anomalous Transport / Formulation Engineering / Multiphase Flow / Process Intensification / Chaotic advection / Food processing / Heat/mass transfer |
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| Outline of Research at the Start |
揺らぎを伴うテイラー渦流系では高速熱・物質輸送，いわゆる異常輸送現象がしばしば観測され，化学プロセス強化技術への展開が期待できる。令和3年度より科学研究費補助金若手研究の支援を受けて開始した「高分子流体系におけるテイラー渦流の異常輸送現象の解明と速度論構築」において，高分子の複雑レオロジー特性に起因する揺らぎが物質輸送を促進することを明らかにした。基課題の展開研究として本研究では二つの課題:(i)高自由度な三次元カオス流動における異常輸送の解明とモデル化，(ii)異常輸送による物質の内部構造形成過程の高度制御，を設定する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
揺らぎを伴うテイラー渦流系では高速熱・物質輸送，いわゆる異常輸送現象がしばしば観測され，化学プロセス強化技術への展開が期待できる。令和3年度から開始した科学研究費補助金若手研究「高分子流体系におけるテイラー渦流の異常輸送現象の解明と速度論構築」を発展させるために，本研究では高分子流体に制約されず，より高自由度な異常輸送を引き起こす系の探査とその応用について研究を行っている。
令和4年度はカオス的な流動を利用した伝熱強化と，物質内部構造の制御を目的として，非定常撹拌槽内流れにおける液体凍結現象を検討した。撹拌システムはブラシレスDCモータ，減速機，PC制御システムで構成されるものを製作し，高精度に撹拌速度および方向(時計まわり，半時計まわり)を制御可能なシステムを構築した。液体には様々な濃度のスクロース水溶液を用いた。撹拌方向を周期的に変化させるカオス的な撹拌を行うことで過冷却度が大きくなることが示され，相変化（ここでは液体凍結）のような非平衡かつ不安定な熱力学的状態の遷移とカオス流動において何らかの因果関係があることが示された。また，本知見を応用し，非定常撹拌を用いたアイスクリームのフリージング実験を行った結果，定常撹拌に比べ，内部構造のより強固なアイスクリームサンプルの製造が可能となった。これは非定常攪拌による伝熱強化だけでなく，気泡の取り込みや脂肪球の凝集が促進されたことが一因と考えられ，今後さらなる検討を行う。
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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
実験装置の整備や数値解析コードの構築はほぼ予定通りに進捗している。得られた成果は国際学術誌（1報），国内会議（4件）で報告している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，相変化を通じて行われる高速熱・物質移動現象に着目し，現象解明およびFormulation Engineeringとしての制御指針について検討を行う。例として，蒸発や凝縮を伴う液滴運動について，数値解析を援用しながら詳細に探査する。そのため，共同研究者であるSteven Wang博士（City Univeristy of Hong Kong）の研究室に滞在し，研究を行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(10 results)
