| Project/Area Number |
24K17024
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | Nippon Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小林 和也 日本工業大学, 基幹工学部, 助教 (00849474)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2027: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 粉体流動 / 粉体ジェット / 高速度計測 / 非平衡物理 / 撃力 / ジェット / 粉体 / 応力場計測 |
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| Outline of Research at the Start |
粉体に駆動力として衝撃力を付与した際に生成する集束形状（先細形状）を有したジェットに着目して，動的挙動の詳細を系統的実験および数値計算を通して明らかにし，粉体のジェット挙動を特徴づける物理量および物理的機構を解明する．さらに，これまでに様々な調査が行われてきた液体系における集束ジェットとの物理的な普遍性を明らかにすることを研究の目的とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
粉体は工業的な役割だけでなく自然災害とも深く関わっており，静的・動的性質を理解することは非常に重要である．粉体の流動挙動は一見して液体と類似することも多いが，液体にはみられない粉体固有の性質によって未解明な問題も数多く残されている．本研究課題では，粉体に衝撃力を付与した際に生成するジェットに着目して，射出時の動的挙動を系統的実験や数値計算を通して明らかにし，ジェット挙動を特徴づける物理量および物理的機構を解明することを目的としている．また，これまでに知られてきた液体系で知られているジェット挙動との物理的な普遍性について検討することを目的としている．
本年度（2024年度）はまず，粉体を用いたジェット生成実験を実施可能な装置・機構の開発を行った．そして，45マイクロメートルから600マイクロメートル程度の幅広い粒径範囲の粉体粒子を複数用意し，衝撃力を制御することによって生成するジェットの形状や速度変化といった基本性質を系統的実験から明らかにした．さらに，衝撃付与前後の粉体の充填率変化や，初期の粉体表面に付与している凹面形状が変化した際のジェット生成への影響についても調査を行った．特に凹面形状によってジェット挙動や流動挙動が変化することが明らかになった．また，ジェット生成時の粒子の流動挙動を調べるため，高速度カメラを用いた流動場の高精度な計測手法を確立し，ジェット生成時における粉体粒子の流動挙動を調査することに成功した．
これらの研究成果については複数の学会において発表を行った．また研究成果を論文にまとめ，近々，投稿・出版を予定している．
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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
粉体ジェット研究に必要な実験装置および手法の確立に成功し，当初より計画していた本年度の研究実施内容を概ね実行することができた．特に系統的な実験を通して，さまざまな粒径における粉体ジェットの射出挙動や速度変化といった基本的な性質を明らかにした．これらの研究成果は学会発表および学術論文としてまとめることができた．さらに次年度（2025年度）に向けて，研究活動を円滑に進めるための十分な準備を実施することができている．これらの状況を踏まえて，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度（2024年度）に引き続き幅広い粒径範囲の粉体粒子によって生成するジェットについて調査を実施する．特に昨年度は球形粒子を中心に研究活動を展開した．そこで次年度（2025年度）は球形だけでなく形状が不均一な粒子についても同様に実験を実施し，ジェット挙動への影響について系統的な調査を実施する．さらに，ジェット生成時の挙動を詳細に調査するために，三次元系だけでなく擬二次元系の実験機構についても新たに検討して研究を進める計画である．
これらの成果は，日本機械学会，日本実験力学会などの学会において発表を予定している．また，国際ジャーナルへの論文投稿を計画している．
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