伸長流れ場における複雑流体の流動特性および構造の変化と伸長特性の関係

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450076
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中村 喜代次 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029178)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 剛宏 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40252621) ; 保田 和則 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80239756) ; 森 教安 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30124069)
• Keywords: 伸長流れ / 複雑流体 / 粘弾性流体 / 液晶高分子 / レオメ-タ / 伸長粘度

Research Abstract

本研究では,伸長特性が重要な役割を果たすと考えられる流れ場を考え,複雑流体の流動解析を行った.ここでは,複雑流体の中から高分子溶液(粘弾性流体)と液晶高分子を取りあげた.
高分子水溶液では,矩形管急拡大流路における粘弾性流体のスタ-トアップ流れの可視化と,レ-ザ-・ドップラ-流速計(LDV)を用いた流速測定を行った.拡大部入り口直後において,ニュ-トン流体の流れでは見られない特異なフロ-パタ-ンの時間変化や流速分布の時間変化が観測された.本実験で観察された流動挙動は,拡大部付近の伸長流れと流体の持つ伸長特性に関連するものと予想される.また,数値シミュレ-ションの結果からも,それらの挙動が流体の伸長特性と関係することが分かった.
液晶高分子関係では,液晶配向膜への応用面から,コ-ティング流れの研究を行った.Hydroxypropylcellulose(HPC)水溶液をガラス基盤にコ-ティングした膜表面において低分子液晶(5CB)の平面配向を得た.さらに,構成式にDoiモデルを用いた液晶高分子のコ-ティング流れのシミュレ-ションにより,等方相溶液であっても,ダイ出口での伸長流れにより表面近傍において高配向が実現されることが明らかとなった.
また,流体の伸長特性の定量的評価のために,非定常一軸伸長粘度を測定するためのフィラメントストレッチ型レオメ-タ-を製作した.この装置を用いて,高分子水溶液(ポリアクリルアミド水溶液)の非定常一軸伸長粘度を測定した.さらに,フィラメントの伸長速度を一定に保つための伸長アルゴリズムの改良も試みた.

Research Products

• [Publications] Noriyasu Mori: "Hydroxypropylcellulose Films as Alignment Layers for Liquid Crystals"Macromolecules. 32・5. 1488-1492 (1999)
• [Publications] Takehiro Yamamoto: "Numerical Simulation of Viscoelastic Flow in Three-Dimensional Rectangular Abrupt Contraction Channels"J.Textile Machinery Society of Japan (English Ed.). 45・3. 63-70 (1999)