• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

電気流体力学に関連する界面現象の数値解析的研究

Research Project

Project/Area Number 22K03910
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 19010:Fluid engineering-related
Research InstitutionKansai University

Principal Investigator

山本 恭史  関西大学, システム理工学部, 教授 (90330175)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords流体工学 / 電気流体力学 / 境界要素法 / 混相流 / 積分公式 / 表面張力 / 微小スケール
Outline of Research at the Start

マイクロ流体素子というとても小さい寸法の装置が,いろいろな分野で利用されています.寸法が小さくなると,長さの3乗で影響するような重力や,長さの2乗で影響する圧力・粘性力より,長さ1乗で影響する表面張力が大事になります.さらに,液体表面が固体表面と接する状態となる場合には,表面張力の固体表面での作用である「濡れ性」を制御できるかどうかが,装置設計の重要な事項となります.また濡れ性は電圧を印加することで変化します.ただし,その電圧による濡れ性変化は電圧の大きい時には理論的に説明できていません.本研究は,固体を含む電気流体力学現象を再現するシミュレーターを構築し,電気流体力学現象の解明を目指します.

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では,界面を含む電気流体力学のための新しい数値解析手法を提案し,これまで経験的にしか扱われてこなかった現象について,モデルを用いない直接数値解析により,物理の解明を目的とする.具体的には,界面を含む混相流体の数値解析手法であるFront-tracking法と,電場解析に境界要素法を組み合わせることで,これまでにない高精度に界面近傍の電気力を表せる,数値解析手法を開発することである.
本研究で行うことの1つ目は,電場を境界要素法で扱うこと(Electric Boundary Element Method)と,混相流をFront-tracking法で扱うこと(Multiphase Front-tracking Method)を合体した,新しいシミュレーター(EBE-MFT simulator)の開発である.
初年度はオリジナルの電気流体力学シミュレーターを開発し,電場中の液滴の挙動(理論解のあるシンプルな系)を計算し,液滴の形状変化の縦横比,内部循環流動などが再現できるかを検証したが,残念ながら,理論と一致すべき点(液滴が真球形を保つ条件)が一致していなかった.2年目である今年度は,数式とコードを再検証し,界面以外での電位や電場は理論と一致することが確認された.本研究で必要な界面上の電場を計算する際に,BEM手法そのものの数学的な特異性を考慮した処理が必要であることに気づき,それを表現する方法を提案した.結果,電場中の1つの液滴については,理論解を完全に再現できるシミュレーターが完成した.
また,昨年度に引き続き,混相流シミュレーターの改良のために,濡れモデルの検証,濡れモデルの応用,マランゴニ対流シミュレーターの開発を行った.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

上記のとおり,初年度に発生した問題の本質に気づくのに多くの時間を要し,その問題を解決することに2年目を費やした.
EBE-MFT simulatorの枠組みは完成したので,後は残り期間で目標のエレクトロウェッティングの再現に向けて進むことが出来ると考えている.

Strategy for Future Research Activity

電場中の液滴の挙動について,さらに他者の実験や計算との比較を行い,本シミュレーターが電気流体力学現象の物理を再現できることを確認する.
その次は,エレクトロウェッティング現象を,モデルを用いない数値解析により再現するため,開発されたシミュレーターに,絶縁層と電極で構成される固体層の表現を追加する.エレクトロウェッティング現象のシミュレーションを行い,低電圧時のヤング・リップマン式の再現,高電圧時のヤング・リップマン式の破綻,それらのメカニズムについての考察を目指す.

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2024 2023

All Presentation (8 results)

  • [Presentation] 動的な濡れと乾きを考慮したGNBC-Front-trackingシミュレーションによる 固体面の凹凸と濡れ性の関係2024

    • Author(s)
      井口加尉,山本恭史,板東潔,田地川勉,大友涼子
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会2023年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 気液界面を有する系における熱対流のシミュレーション2024

    • Author(s)
      前川佑太,山本恭史,大友涼子,田地川勉,板東潔
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会2023年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 境界要素法とfront-tracking法による電場中変形液滴シミュレーション2024

    • Author(s)
      宮田直拓,山本恭史,大友涼子,田地川勉,板東潔
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会2023年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 非浸透条件緩和モデルを用いたカーテンコーティングの数値シミュレーション2024

    • Author(s)
      田尾圭汰,山本恭史
    • Organizer
      日本機械学会関西支部第99期定時総会講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] AMR-Front-tracking法によるテイラー気泡のシミュレーションコードの開発2023

    • Author(s)
      山本悠太,山本恭史,大友涼子,田地川勉,板東潔
    • Organizer
      日本機械学会関西支部2022年度関西学生会卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ベナール・マランゴニ対流におけるパタン形成のシミュレーション2023

    • Author(s)
      上坊奏磨,山本恭史
    • Organizer
      日本機械学会関西支部第98期定時総会講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] GNBC-Front-tracking 法による凹凸を有する固体面上における濡れを考慮したシミュレーションコードの開発2023

    • Author(s)
      岩本良紀,山本恭史
    • Organizer
      日本機械学会関西支部第98期定時総会講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 界面を含む流れのシミュレーションのためのsharp interface 法コード開発~粘性項差分計算に関する検証~2023

    • Author(s)
      木津崚太,山本恭史
    • Organizer
      日本機械学会関西支部第98期定時総会講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi