| Project/Area Number |
23K03673
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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 | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岩田 修一 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00293738)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古川 陽輝 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30733993)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 粘弾性流体 / 流動複屈折 / 気泡 / 圧力振動 / 圧力振動場 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，数百Pa・sという高い粘性と弾性を合わせ持つ粘弾性流体中に設置された0.1～数μL程度の微小気泡について，数百Hz程度からさらに高い圧力振動場における気泡界面近傍の特異な流動構造における弾性応力の役割について解明を目指す．本申請では，実験的に観測できる気泡近傍の流動構造と，2次元偏光イメージング計測による気泡近傍の遅延分布（流動複屈折を利用した2次元主応力分布）と海外共同研究者と進めているBEM解析との比較検討から，圧力振動場での気泡近傍の流れが，特異な挙動を引き起こすメカニズムを明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，数百Ｐａ・ｓという高い粘性と弾性を合わせ持つ粘弾性流体中に設置された微小気泡について，主に低周波領域を中心に圧力振動場で形成される気泡の幾何形状について流体力学的な整理を行うことが目的である．初年度は，同一の溶液で，設置した気泡が，真球形状，カスプ形状やさらに複雑な気泡形状など，圧力振動の印加条件を変化させるだけで様々な形状を示すことを示した．特異な幾何形状を示す場合について気液界面近傍を二次元偏光高速度カメラでクローズアップ撮影し，応力場と流動構造との関連性について考察した．結果の一部については，ギリシャで開催された４年に一度のレオロジー分野の最も大きな国際会議であるInternational Conference of Rheology 2023（ICR2023）にそれぞれ口頭にて報告した．
特異な気液界面近傍の流動構造を把握するために，圧力振動場における気泡の輪郭形状（輪郭座標データ）を抽出するプログラムの開発を進めた．撮影された動画には，ガラスセルやスケールなどの様々な背景が画像に含まれることがあり，単に二値化処理を行うだけでは気泡輪郭形状を抽出することは困難である．また，商用の４Ｋカメラや二次元偏光高速度カメラなど様々なフォーマットで記録された動画ファイルを直接読み込み，フレーム毎に気泡の輪郭座標の連続的に抽出するプログラムの開発を行った．従来，動画の１コマを気泡の輪郭を手作業でトレースしていた作業を，極めて短時間で精度良く輪郭抽出することが可能になった．この成果は，日本機械学会2023年度年次大会，第71回レオロジー討論会でその研究の一部を報告した．
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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
初年度の計画は，実験動画を直接読み込み，気泡の界面座標を連続的に抽出することが大きな目的である．また，２次元偏光高速度カメラによって遅延分布を計測するまた可視化装置のシステムの構築が中心である．また，同一溶液中で圧力振動の印加条件を変更しながら様々な気泡の特異形状を呈する条件を見いだしており，気液界面形状と，その気泡近傍の遅延分布の関連性について成果が得られており，それぞれ学会に報告した．研究実績の概要で示したとおり，計画通り完了した．
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| Strategy for Future Research Activity |
気泡形状の座標には誤差が含まれることと，より少ないパラメータで気泡形状を表すことができれば，気泡界面からの距離に応じた応力分布を整理することが可能になる．また，二次元偏光高速度カメラの測定結果を制御ソフトで出力されるカラー画像ではなく，より正確な２次元データを収集する事が期待される．Ｒ６年度では，少ないパラメータで気泡界面形状を表現する数式を開発し，パラメータの最適化手法により，気泡形状を表現する方法を開発する．また，２次元偏光高速度カメラを用いてデータ収集を行い，両者の気泡近傍に形成される局所的な流れ場，応力場について，偏光高速度カメラを用いて評価を行い，詳しく検討する．気泡，液滴，分散プロセスに関する国際会議MMPE2025（松江）や日本機械学会流体工学部門講演会（長岡），環太平洋レオロジー会議（PRCR2025，神戸），レオロジー討論会（山形）などで研究成果を発表する予定である．
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