2018 Fiscal Year Annual Research Report
Characterization of fluid flow in 3D fracture networks by functional nano-particle tracers
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17H04976
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 杏奈 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (60796449)
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2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | き裂 / ナノ・マイクロ粒子 / トレーサー / 3Dプリンタ / パーシステントホモロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
機能性ナノ・マイクロ粒子を用いたトレーサーはき裂岩体内の流体流動を既存技術よりも高精度で推定する可能性がある。本研究は，粒子トレーサーを用いた新しいき裂間流体流動推定法の提案を目指す。
当該年度では、マイクロモデルを作成し、粒子をマイクロモデル内に注入することに成功した。マイクロ流路内での粒子の流動現象を顕微鏡観察することができた。流出口において、qNanoを用いて粒子の濃度を計測し、粒子の数から濃度応答曲線を導くことができた。得られた結果より、き裂の有無によって粒子の流れ方が変わること、また粒子の大きさによって、流れ方が変わることが示唆された。
また、構造と流れの特性を関係付けるために、本研究では、パーシステントホモロジーを用いて、岩石の形状評価に取り組んだ。シンプルな形状を評価することによって、パーシステントホモロジーのパラメータとき裂の構造（幅、間隔、密度）との関係を見出した。これにより、不均質媒体の形状と複雑な流動現象との相関関係が得られる可能性を示した。
3Dプリンタによって、構造を制御した複数のサンプルを作成することができ、また、流動の見える化を行なった。3D プリンタで作成したき裂ネットワークモデルにおいて、流動実験を実施し、直接シミュレーションの検証に用いた。複数ある流路の流路数を推定する式をパーシステントホモロジーのパラメータによって導くことができた。また、き裂幅も推定できることから、全体の等価浸透率を推定することができた。これによって、複雑な構造体と流れとの関係を結びつけることに成功し、流れの情報に基づいて、構造を推定する手法を提案できた。粒子トレーサーと組み合わせることによって、地下構造についての新たな情報を提供できる可能性を示した。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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