実験と数値計算の協働によるKorteweg効果を伴う部分混和系界面流体力学の深化
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22K03900
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
長津 雄一郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60372538)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | Viscous fingering |
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| Outline of Research at the Start |
研究代表者らは、初めて部分混和系でのViscous fingering(VF)実験を成功させ、多数の液滴を形成するパターンになることを見出し、その起源は、相分離とその相分離の際に自発的に生じる対流（Korteweg効果）であることを提示した。さらに、部分混和系の相分離とKorteweg効果を加味したVFの数値計算研究を行い、多数の液滴を形成するパターンの再現に成功した。また一連の水性二相系を用いる部分混和系VF実験研究では、種々の特異なダイナミクスを明らかにしている。本研究では、先述の実験と数値計算の融合研究を深化させ、相分離とKorteweg効果を伴う部分混和系VFの更なる理解を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は主として、多孔質媒質中の部分混和系粘性フィンガリングのパターンを解明するとともに、完全混和系、非混和系、部分混和系と溶液の混和度を変えることによるフィンガーパターンの違いを明らかにすることを目的として本研究を行った。この研究では、半径方向に制限された形状において、多孔質媒質を模倣した2-D micromodelを用いて低粘性流体で高粘性流体を置換する実験を行った。その結果部分混和系流体では、粘性の低い溶液から高い溶液に向かうKorteweg力によって、フィンガーパターンから液滴パターンへの変化が促進され、それに伴い置換の様子も変化することが観察された。そして、置換の様子は主に①相分離時に現れ対流を誘起する体積力、いわゆるKorteweg力の大きさと方向、および②液滴が流路に詰まることによって生じる毛細管圧力、という2つの要因が組み合わさり、決定することが明らかとなった。
またPEG-硫酸マグネシウム-水系の部分混和系VF実験も行った。従来の硫酸ナトリウムを用いたものと同様、液滴が発生するパターンが見られた。硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウムともに、注入流量を大きくすると、液滴生成は抑制された。また、濃度を低くすると液滴生成は抑制され、通常のVFパターンを示し、さらに低濃度では指の先端がとがったVFパターンが得られた。硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウムともにこの傾向がみられたが、同濃度では硫酸マグネシウムのほうがより高濃度で硫酸ナトリウムで得られた結果に似たパターンが得られた。すなわち、部分混和系では濃度に差はあるものの見られる現象やその背景にある理論は基本的に同じであると推察できる。
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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
実験研究では、ある程度の成果が得られたが、数値計算では大きな進展がなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
Radial系数値シミュレーションによる部分混和系VFを完成させる。3成分系部分混和系VFの数値シミュレーションを確立する。3次元条件での部分混和系VF実験を行う。部分混和系VFにおける化学種や物理条件の影響を調査する。2成分系部分混和系VFの数値シミュレーションにおけるKorteweg力の影響を調査する。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
