2021 Fiscal Year Annual Research Report
Multiscale Simulations on Complex Flows in Polymer/Surfactant Systems
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19H01858
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
川勝 年洋 東北大学, 理学研究科, 教授 (20214596)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今井 正幸 東北大学, 理学研究科, 教授 (60251485)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マルチスケールシミュレーション / 粘弾性 / べシクル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は最終年度であり、前年度までに開発してきたシミュレーションプログラムを用いて、べシクルを含む流動の大規模シミュレーションを実行した。
界面活性剤（べシクル）系のマルチスケールシミュレーションには、界面張力と界面活性剤の濃度勾配によるマランゴニ力を計算する必要がある。この目的のために、シミュレーションを以下の3つのパートに分割して、それぞれの単独計算をおこなうk所とでスキームの検証を行い、最終的に一つのシミュレーションプログラムにまとめ上げた。
我々は、まず、界面活性剤を含まない気液界面のような自由界面の表面張力の計算を安定して計算できることを確認した。このために、流体粒子法（SPH法）をもちいた自由界面に対する新規アルゴルズムを作成し、安定性解析をおこなった。
次に、血流等のより複雑な流動を計算するために、細孔内の流動中での、ベシクルの形状の変形をシミュレートした、べシクル表面は赤血球等の脂質二乗膜構造を想定しており、流体-薄い弾性体-流体の３層から構成される多層構造となる。ここで、薄い弾性体の表面の流体領域にたいして、自由表面の表面張力用に開発したアルゴリズムをもちいて、弾性体膜に弾性力と表面張力の計算をおこなうことで、ベシクルの変形をシミュレートした。この結果、ベシクルは流動とともに変形し、周りの流体を巻き込み、回転しながら流れている様が観測された。
最後に、界面活性剤の拡散によるマランゴニ力と表面張力によるべシクルの変形の計算をおこなった。ここでは、膜面上での界面活性剤の拡散による濃度不均一性と流体流動の連成計算をおこなっている。界面活性剤によるマランゴニ力によって、液滴が引き延ばされ切断される様が観測された。液滴の形状は、界面にはたらく表面張力と流動による力のつり合いできまるため、この計算は流体と界面活性剤の複合的なマルチスケール計算となる。
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| Research Progress Status |
令和3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 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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