分子動力学を基礎とした高分子液体の流動過程の解析

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03805016
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 千葉 訓司 大阪大学, 工学部, 助教授 (60144440)
• Keywords: 繊維懸濁液 / 急絞り流れ / 繊維の配向状態 / 繊維の形態変化 / 過渡的流動特性 / 高分子液体 / 分子動力学

Research Abstract

平成3年度の研究計画は、(1)単純セン断流れ中における繊維の形態、配列並びに分布の変化を調べるとともに、それらが繊維懸濁液の流動特性に及ぼす影響について考える。(2)円管急絞り流路内におけるニ愉-トン流体の繊維懸濁液の流れ模様の観察と数値シミュレ-ション、である。
その結果、単純せん断のスタ-ト・アップ流れの実験からは、初め比較的ランダムに配列していた繊維は、流れの開始後急激に配列を変えていくのが観察された。これが、ニュ-トン流体の場合には見られない、せん断応力のオ-バ-シュ-トのような過渡的流動特性の原因になっていると考えられる。又、円管急絞り流路内での流れの可視化実験及び数値解析から、ニュ-トン流体の場合には絞り部上流角部に生ずる渦は小さく凹状であるが、ニュ-トン流体に繊維を懸濁して流すと角部の渦は大きく成長し、その形状はわずかに凸状で主流は円錐状になる。そして、繊維含有率あるいは繊維のアスペクト比を増加すると渦が成長することが明らかになった。更に、渦の成長が管軸上の法線応力差の増大を抑える働きをすることも数値解析から明らかにになった。
しかし、直線形状の繊維は流動中に形態をほとんど変えないため、繊維懸濁液の場合、フレキシブルな分子の溶液、例えばポリアクリルアミド溶液、と比較して主流の流れ模様、渦の形状並びに渦の成長と流量との関係などの点で異なる。そこで、現在、流動中に形態を方え易い曲がり形状の繊維(クリンプを持つ繊維)を用いて実験を行っている。この場合には渦の形状並びに流量の増加に伴う渦の成長などの高分子体の流れ挙動に似た傾向を充すようである。今後更に研究を進める必要がある。

Research Products

• [Publications] Kunji Chiba: "FLOW OF DILUTE FIBER SUSPENSINS THROUGH A CONTRACTION" Proc.,ChinaーJapan Int.Conference on Rheology. 128-131 (1991)
• [Publications] 千葉 訓司: "二次元の急絞り流路内における希薄繊維懸濁液の流れ" 繊維機械学会論文集. 44. T247-T259 (1991)