| Project/Area Number |
22KJ1523
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| Project/Area Number (Other) |
21J21725 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
仲井 文明 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 統計力学 / 粉体 / 分子動力学法 / 離散要素法 / シミュレーション / 確率過程 / ダイナミクス / 拡散 / ブラウン運動 |
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| Outline of Research at the Start |
棒状の粉体粒子からなる流体のダイナミクスを、粒子同士の衝突に基づいて理解することを目指す。衝突を不定性なく定義できるシミュレーション手法を用いて、構成粒子の衝突の時間間隔や衝突による速度・角速度の変化の分布といった衝突の統計を調べる。得られた衝突の統計を分子運動論の手法を応用することで理論的に記述する。次に、得られた衝突の統計に対して確率過程の方法を適用することで構成粒子の運動の時間相関関数の記述を試みる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，粒子同士の衝突の統計に基づいて棒状粉体により構成される流体のダイナミクスの理論的記述を目指すものであった．当該の目標に対して，比較的単純な系から段階的に複雑な系を研究してきた．すなわち，２０２１年度/２０２２年度に平衡状態にある二成分の球状粒子系と障害物中を運動する棒状粒子，２０２３年度に不均一媒質中の粒子拡散の理論解析及び二成分の粉体粒子系を対象とした数値シミュレーションを実施した．予想に反して，当該の研究過程で，これまでに報告例がない新規現象を発見できた．すなわち，平衡状態にある二成分粒子系に関してある状況下で拡散係数が時間と共に揺らぐ現象を発見して，棒状粒子に関しては衝突頻度と角速度の時間スケールの乖離によって拡散係数が障害物の密度の増加に伴い向上する現象を見出した．以上の結果を粒子同士の衝突統計に基づいて理論的に説明した．２０２３年度には，不均一構造を持つ媒質中の粒子が発現する揺らぐ拡散性の理論解析を実施して，非ガウス性の特徴的時間スケールを見積もった．二成分の粉体系については，粒径が異なる粒子を流動化させると一般に偏析することが知られていたが，小粒子成分を過剰量導入すると偏析が妨げられることが分かった．当該の結果は，本申請課題の特別研究員奨励費によって購入したワークステーション２台を用いて実施した．最終的な目標である棒状の粉体系に関しては，２０２２年度に構築した障害物中の棒状粒子の運動を計算するアルゴリズムに衝突時に生じる散逸の効果を導入することで計算を実施している．研究期間全体を通して，得られた成果を学術論文として５件，国際学会６件，国内学会９件に報告した．併せて，名古屋大学学術奨励賞，国際学会のstudent travel grant，国内学会のポスター賞５件を得た．
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