2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of photoelastic measurement system for visualization of unsteady hydrodynamic stress field
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19K23483
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
武藤 真和 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (30840615)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 可視化技術 / 流体計測 / 圧力計測 / 偏光計測 / 血管障害 / 光弾性法 / 複屈折 / 高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
クモ膜下出血を引き起こす脳動脈瘤の破裂メカニズムの解明には，血管内を流れる血液の非接触非定常せん断応力場の調査が鍵となる．本研究では非接触非定常な流体応力場の計測手法の開発を目的に掲げている．本手法では，複屈折を有する鎖状高分子流体を作動流体としており，応力負荷時に発する偏光情報 (位相差分布) を高速度偏光カメラ (CRYSTA P1-P, Photron Co., Ltd.) により可視化できる．
令和元年度では，光学系と流路の設計により計測システムを構築し，計測に最適な作動流体を選定した．光源と，光源波長および高分子の偏光状態に対応したフィルタの選定により，光学系を構築した．高分子の高配向状態を発現させるために大きな圧力勾配を負荷できる流路を数値解析ソフト (COMSOL Multiphysics(R)) により設計した．作動流体の選定では，流路内を一定流量で流れる高分子流体の位相差を計測した．その結果，比較的高感度であるキサンタンガムとセルロースナノクリスタルを採用した．
令和二年度では，位相差と応力値が対応した校正曲線を取得するために，粘度や応力を計測できるレオロジー測定手法のDripping-onto-substrate capillary break-up extensional rheometry (CaBER-DoS) を利用した校正実験を実施した．伸張状態にある高分子流体の液糸に作用する位相差を光弾性法により計測することで，位相差と主応力の同時計測を実現した．取得した校正曲線を用いて，高分子流体に作用する流体圧力場の可視化に成功した．また，矩形直線流路内を流れる高分子流体の流体応力場計測では，任意断面における位相差分布と流体応力場の空間強度分布が一致した．しかし，計測精度の向上には，高分子鎖の配向方向（屈折率楕円体）を考慮する必要があることが示唆された．
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Research Products
(11 results)
