2021 Fiscal Year Research-status Report
Numerical Simulation and Modelling of Wetting Phenomena on Surfaces with Micro/Nano-Structures
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19K11999
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大西 順也 東京大学, 生産技術研究所, 特任助教 (20376495)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ハイパフォーマンス・コンピューティング / 濡れ / 微細構造 / 流体工学 / 混相流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体表面に微細構造を付加することで，従来にない新しい機能や高い表面性能（たとえば，超撥水性）を実現できることが知られている．しかしながら，このような表面機能の発現機構や効率，堅牢性については未解明な点が残っている．したがって、微細構造の付加による表面機能の高度化・実用化には，微細構造内外の流動・伝熱・気液界面運動の総合的な振る舞いとしての濡れ現象を解明する必要がある．本研究では，大規模並列計算技術を活用することで，流動・伝熱・気液界面挙動の相互干渉による非定常マルチスケール・マルチフィジクス現象に対する直接数値シミュレーションを実現し，微細構造表面上の濡れ現象を機構論的に解明するとともに，微細構造の形状・寸法・配置に関するパラメトリック解析を実施し，表面機能の発現や高度化に必要な微細構造の設計要件を明らかにする．
R3年度は，Cassie-Wenzel状態間の転移過程に関するパラメータスタディを実施した．具体的には，微細構造を有する固体表面上に配置されたCassie状態の液滴を考え，固体表面を加振した際の液滴の挙動を数値シミュレーションにより解析した．特に，構造サイズ，構造間ピッチ，振動周期，振幅等をパラメータとし，Cassie状態からWenzel状態に至る転移現象の起こる条件，転移過程における気液界面構造の変化，最初に液相が微細構造に侵入する箇所等に関して，先行研究の結果と比較検証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
考慮するべきパラメータが多く，計算ケース数を増やしたため，予想以上に時間がかかっているものの，予定していた解析は順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
予想以上に時間が必要となっているものの，解析自体は順調に進んでいることから，微細構造上の液滴のピニング現象については，当初の予定どおり解析を進める。
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| Causes of Carryover |
別途計算資源が確保できたため，スパコン利用料を当初の予定より減額した．また，参加を予定していた学会がオンライン開催となったため，旅費を当初の予定より減額した．
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