2016 Fiscal Year Research-status Report
粘弾性流体中を運動する物体によるせん断波の発生と流れに関する研究
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15K05784
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
三神 史彦 千葉大学, 大学院工学研究科, 准教授 (40272348)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 流体力学 / 粘弾性流体 / 波動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，粘弾性をもつ界面活性剤のひも状ミセル水溶液を中心に，粘弾性流体の複雑で特異な流れ現象を流体中の波動伝播の観点から見直して見通しを良くすることを目指している．
（１）せん断波の伝播速度と流速の比である粘弾性マッハ数が１を超えるときの，球のまわりに形成される渦度のマッハコーンの詳細が調べられ，マッハコーン形成による抗力への影響が明らかになった．また，鞭毛螺旋モデルを用いた粘弾性流体中での推力測定の実験が行われ，粘弾性マッハ数１を境に推力と流れ場の特性が変化することがわかった．一般にレイノルズ数とデボラ数で整理することが多い粘弾性流体の流れにおいて，このことは粘弾性マッハ数の重要性を示すとともに，粘弾性流体の高速流れにおける抗力を評価するための手がかりとなる．また，鞭毛を使って粘弾性流体中を遊泳する微生物のまわりの流れはストークス近似を用いて解析されることが多いが，ストークス近似ではせん断波の伝播が出てこないため，実験で得られた推力特性とは異なることが示された．
（２）平行平板間流路において急縮小部上流の流れ場が調べられ，流速が大きいときには，高速で流れる二本の細い筋状の流れが発現することが見出された．これは急縮小部の擾乱が上流に伝播したもので，支配方程式の型変化が関係すると考えられる．このような不均一な流れの発生はプラスチックの射出成形における成形不良・外観不良の原因となりうるので，流れの特徴を知り，発生を予測することが重要となる．
（３）平板が粘弾性流体中でインパルス的に運動したときに発生する平面波について，流速とせん断応力についての一次元の支配方程式がラプラス変換を利用して解かれ，パルス幅が速度波形と応力波形に及ぼす影響が明らかになった．せん断波の伝播速度と減衰比の計測には，流体の緩和時間に応じた適切なパルス幅の設定が重要であるという指針が得られた．
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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
これまでに得られた成果の一部は，国内外の学会で発表している．
支配方程式に基づいた特性曲線の解析なども進んでおり，実験と理論の両方から総合的に研究を行っている．支配方程式の型変化を基本とした実験と理論の比較は，波動が重要となる粘弾性流体の高速流れにおいて，多様な現象を統一的に捉えるために有用な視点となっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となる平成29年度は，支配方程式の型変化に基づいて，粘弾性流体中を高速で運動する物体の抗力や急縮小部をもつ流路内の高速流れの流れパターンなどの実験データを考察し，粘弾性流体の高速流れの力学的描像を確立することを目指す．
さらに，粘弾性流体として高分子水溶液を用いた実験データを蓄積し，ひも状ミセルと高分子の違いの影響について検討を行う．
また，せん断波の伝播速度と減衰比の計測手法を完成させ，粘弾性マッハ数とレイノルズ数の算出に役立てる．
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[Presentation] Mach cones in a viscoelastic fluid2016
Author(s)
Fumihiko Mikami, Yoshiaki Yagi
Organizer
24th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM 2016)
Place of Presentation
Montreal (Canada)
Year and Date
2016-08-21 – 2016-08-26
Int'l Joint Research
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