2018 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of internal structure formation of solid-liquid-liquid dispersion having unique rheological properties
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17K14852
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
石神 徹 広島大学, 工学研究科, 准教授 (70595850)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | キャピラリーサスペンション / 直接数値シミュレーション / レオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続き，キャピラリーサスペンションと呼ばれる固液液三相分散系が有するレオロジー特性の予測技術の確立ならびに粒子系構造形成過程の解明を目指し，実験・理論・シミュレーションの手法を用いて検討を行った。
昨年度に構築した理論解析モデルの追加検証として，既往の研究で報告されているキャピラリーサスペンションの降伏応力の粒子径依存性について，検討を行った。その結果，降伏応力は粒子径の逆数に依存することが解析的に明らかになるとともに，既往の実験結果と定量的に一致することがわかり，改めて本研究で開発した理論解析モデルの妥当性が示された。
次に，キャピラリーサスペンションの粒子系構造形成過程を解明するために，流体運動-粒子運動-自由界面運動を相互に連成した直接数値シミュレーションの手法による可視化を試みた。粒子運動には離散要素法，自由界面運動にはPhase-Field Modelを採用し，200個程度の粒子群における液架橋による粒子径構造形成のシミュレーションを行った。外力を付与しない自発的な構造形成過程のシミュレーションでは，粒子表面の接触角により粒子系構造形成の進行が大きく異なることがわかった。また，流体体積分率により，ネットワーク構造の形成過程が大きく変化する様子が観察された。この傾向は実験結果と定性的に一致したが，キャピラリーサスペンションが形成される流体体積分率とは定量的には一致しないことが分かり，キャピラリーサスペンションの形成には撹拌の重要性が示唆された。次にせん断を付与した粒子系構造形成過程のシミュレーションでは，液架橋によるネットワーク構造の凝集・破壊が断続的に観察されるとともに，流体体積分率に伴う見かけ粘度の顕著な変化が見られ，実験結果と良好な一致を示した。これにより，本研究で構築した直接数値シミュレーションの手法の有用性が示唆された。
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Research Products
(8 results)
