2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study of droplet manipulation utilizing surface tension effect in microfluidics
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16K06095
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
山本 恭史 関西大学, システム理工学部, 教授 (90330175)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 混相流 / 表面張力 / 微小スケール / 濡れ性 / エレクトロウェッティング / 電気流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，流体を利用する微小装置であるマイクロフルイディクスにおける液を操作するための技術として有効な表面張力に関する現象（濡れ性の制御，エレクトロウェッティング，マランゴニ効果）について，その現象を数値流体力学で表現するためのモデリングを行うとともに，効率的な操作を行うための支配要因を検討することであるが，現状で，今年度，以下の成果が得られた．
(1) エレクトロウェッティングについて，経験式を用いないモデル開発のために，電場をマクスウェル方程式を解いて求め，電気力を直接評価するコードの開発を行った．適切な電気力評価の方法を丁寧に検討した．表面張力の影響と電気力の影響のバランスが正しく表現できていることを，他者の理論と比較して確認した．
(2) (1)で開発したコードを用いて固体壁面上の液滴のシミュレーションを行い，電圧による濡れ性変化が電気力の表現により再現できるのかを試みた．もう少し詳細な検討が必要ではあるが，その可能性を示せる手ごたえを得た．
(3) 電場の方程式は，境界のみを離散化することでシミュレーションができる境界要素法によって解くことが出来る．本研究で用いている気液界面を三角形要素の集合として表すFront-tracking法と組み合わせれば，表現精度と計算効率が優れた計算手法ができると考えられる．その具体的な手法について，検討中である．簡単な系に対する境界要素法による電場解析コードは開発できた．
(4) 3次元の精緻なエレクトロウェッティングシミュレーション結果を解析し，簡便な2次元モデルを構築した．
(5) 濡れ性の表現の精度向上のため，壁面の非浸透条件に注目した新しい境界条件モデルも検討した．その結果，勢いよく衝突する液滴のシミュレーションでも実験を非常によく再現することが出来た．
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