2015 Fiscal Year Research-status Report
ダイラタント流体の二種類の異なるずり粘化メカニズムの解明
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15K05223
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| Research Institution | Sendai National College of Technology |
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Principal Investigator |
永弘 進一郎 仙台高等専門学校, 機械システム工学科, 准教授 (20419154)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中西 秀 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90155771)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ダイラタント流体 / レオロジー / shear thickening |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中心軸が回転するテイラー・クウェット型の試験機を作製し、ダイラタント流体の流れの性質を調べた。このような系を一定の応力で駆動すると、２０Hz程度の自励振動が生じることを我々はすでに見いだしている。このとき、流体の内部で起こっていることを明らかにするために、実験とシミュレーションの両面から研究を進めた。
実験において、外側の円柱にセンサーを取り付けて圧力を直接測定したところ、負圧と正圧の両方を観測した。複数回に渡る長時間の観測結果を元に、統計的な処理を行った結果（a）流体内では負圧が支配的であること。(b)正圧は外力に比例し、負圧はラプラス圧を超えて大きくならないこと、を見いだした。また、ダイラタント流体のモデルシミュレーションによって、流れの３次元的な構造を描き出すことに成功し、実験と一致する結果を得た。
また、回転軸に加わる偏心力を測定した結果、粘化領域は一本のバンドに局在化している結果をえた。これもシミュレーションの結果と一致している。
以上の結果は、ダイラタント流体のずり粘化においては二種類のメカニズムが存在する可能性が強く支持する：正圧を伴う粘化は粒子のジャミングによって生じ、負圧を伴う粘化はダイラタンシーによる粒子間隙体積の増加が原因
となっている。この結果は、本補助金の申請時に申請者が提案した仮説に合致している。
現在、実験とシミュレーションの結果をまとめて、Phys. Rev. E誌に投稿中である。
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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
本補助金の申請時に申請者が提案した仮説が、実験とシミュレーションの両面から支持される結果を得て、すでにその結果を論文にまとめて投稿中であることから、おおむね順調に進展していると自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
最も重要な課題は、ダイラタント流体の内部に残存する気泡が、ずり粘化に与える影響を明らかにすることである。負圧がラプラス圧で抑えられるということは、流体内に気液界面が存在しているはずである。気泡を完全に除去すればラプラス圧で与えられる負圧の上限は消失すると予想できるが、最近の国内外の研究ではそのような結果は見いだされていない。
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| Causes of Carryover |
実験設備を構築するための部品などが、予定よりも安価に手に入ったため。差額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験における消耗品に使用する予定。
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Research Products
(3 results)
