2017 Fiscal Year Research-status Report
Rheology and flow simulation of shear thickening suspensions
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17K05618
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
瀬戸 亮平 沖縄科学技術大学院大学, Dean's Research Group, 研究員 (90791575)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | レオロジー / 伸長流 / サスペンション / シアシックニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シアシックニングの流動特性を示す濃厚懸濁液について、その巨視的な流動をシミュレーションで実現するには、構成則モデルを考案するか、それに変わるレオロジーのデータベースの構築やマルチスケールシミュレーションなどの実装をする必要がある。本研究は、レオロジーのデータベースを構築するアプローチによりこの問題に取り組んでいる。
29年度の研究では、データベース構築の部分で進展があった。濃厚懸濁液系に対し、せん断流と伸長流を任意の大きさの歪みを与えることができる周期境界条件をそれぞれ実装した。それらの流動特性を粒子動力学シミュレーションで再現し、直接比較することが可能となった。その結果、せん断流と伸長流のそれぞれで、どのような微細構造が構築されて流動特性に反映するかを直接比較することが可能となった。せん断流中では、流れによって誘発される秩序化が起こる可能性があるが、伸長流中ではそのような秩序化の可能性はない。この整列化を起こらなくするために、粒径の異なる粒子を混ぜたシミュレーションを行うと、せん断流と伸長流によるレオロジー特性は限定的であることが明らかになった。
また、異なる種類の流れを課した時のレオロジー応答について、それを表現する理論的な枠組みが存在しないことが判明した。つまり、従来の定常レオロジーの枠組みはせん断流を想定しており、それ以外の流れに対する流動特性のデータを構築する一般的な方法がなかった。本研究を進める上で、その枠組みは不可欠であるため、その理論的枠組みの構築に取り組み成果が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究は想定したように順調に進展しているが、定常レオロジー物質関数の一般化という当初予定していなかった研究に取り組む必要があったため、連続体シミュレーションの研究については遅れている。しかし、レオロジー物質関数の一般化は、本研究を超えたより一般的で基礎的な研究成果であるため、計画以上の進展と評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
せん断流と伸長流を比較したことにより、法線応力差に関する新しい知見が得られた。この研究成果も当初予定していなかったものだが、研究結果を早急にまとめたい。
また、共軸二重円筒間のクエット流の問題についても連続体によるアプローチで取り組む。2月から3月にカリフォルニア大学サンタバーバラのKITPで行われたdense suspensionについての長期滞在型の研究会に参加したことで、本研究の研究課題の位置付けが明確になった。巨視的スケールの流動について様々な実験が活発に行われており、ミクロなレオロジーだけでは説明できないマクロ現象が複数報告されている。この問題について、数値計算によって早急に検証することが重要だと考えている。その際に、流動特性の非局所性という特徴が存在するかどうかを調べる予定にしている。
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| Remarks |
Journal of Fluid Mechanics に掲載した論文が Focus on Fluids という研究紹介記事に取り上げられました。
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Research Products
(11 results)
