2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of new vortex dynamics into complex fluid systems focusing on functional structures of vortices
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19KK0127
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
大村 直人 神戸大学, 工学研究科, 教授 (50223954)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀江 孝史 神戸大学, 工学研究科, 助教 (20513550)
日出間 るり 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (20598172)
増田 勇人 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 助教 (90781815)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2023-03-31
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| Keywords | 渦動力学 / 複雑流体 / プロセス強化 / マルチスケール解析 / 機能構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、複雑流体として、1) 非ニュートン性の強い流体、2) 高濃度分散相を有する混相流体、3) 粘弾性流体、4) 液滴流体の4つを取り上げ、それぞれの複雑流体が渦の発生、消滅、サイズ、形状、動特性の制御性にどのような影響を及ぼすのかを明らかにすることを目的とする。本研究では、「渦の動力学(Vortex Dynamics)」を固体集積、混合・反応、分級、輸送といった渦の持つ機能構造に着目し、化学工学的に体系化することを目的とする。
1) 非ニュートン性の強い流体については、テイラー渦セルを研究対象とし、流体の溶液構造に着目したマルチスケール解析を行い、非ニュートン流体系における渦の発生、消滅、動特性の数値解析を行った。Wang博士と共同で渦流動場を用いた化学プロセス開発の観点から検討した。
2) 高濃度分散相を有する混相流体については、撹拌槽の粒子集積現象に着目し、Wang博士と協働して実験的に現象の解析を進めた。また、高濃度粒子懸濁系への拡張については、粒子間の相互作用と粒子集合体の運動挙動について、北京化工大学のCai博士と共同研究を開始し、実験的研究を開始した。
3) 粘弾性流体については、マイクロ急縮小・急拡大流路の中の弾性乱流（弾性不安定性）による非定常な渦の発生について、国立台湾大学で研究を実施するための基礎データの取得を行った。
4) 液滴流体については、液滴に加える振動の周波数と振幅が液滴内混合に及ぼす影響を明らかにした。さらに、Leidenfrost現象を応用した液滴輸送制御について、Sun教授と検討した。また、Wang博士とLeidenfrost現象を利用したエネルギーシステム開発の共同研究を立ち上げた。
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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
4つの研究課題について、2020年度に行う予定である、国立台湾大学、香港城市大学での滞在研究のための準備はほぼ完了している。香港城市大学のWang博士との共同研究および、国立台湾大学のTung教授、Sun教授との共同研究では、香港の政情不安および、新型コロナウイルス感染拡大により、相手先への訪問、滞在が十分にできていないが、オンラインミーティング等により、支障なく議論を継続的に行っており、この議論の中から、Leidenfrost現象を利用した新しいエネルギーシステムに関する共同研究を開始した。
以上の点から概ね順調に進捗していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1) 非ニュートン性の強い流体における渦の発生、消滅、動特性の制御について、増田がTung教授の研究室に出向き、溶液のミクロ構造に着目したマルチスケール解析を引き続き行い、得られた知見を基にテイラー渦流装置を用いた非ニュートン流体を扱う連続プロセスのプロセス強化手法について、大村がWang博士と渦流動場を用いた化学プロセス開発の観点から検討する。
2) 高濃度粒子懸濁系における渦流動と粒子の相互作用の解明について、撹拌槽の粒子集積現象に着目し、大村、増田、博士課程後期課程学生1名が、Tung教授、Wang博士、Cai博士と協働して実験的に現象の解析を進める。
3) 粘弾性流体における渦の発生、消滅、動特性の制御については、日出間がマイクロ急縮小・急拡大流路中の高分子溶液流れを対象として、分子動力学と数値流体力学とを連結させたマルチスケールシミュレーションをTung教授などの指導の下、国立台湾大学にて行う。
4) 振動による液滴内混合制御とLeidenfrost現象を利用した液滴輸送制御については、堀江と博士課程前期課程学生1名が、Leidenfrost現象を利用した液滴の輸送制御実験をSun教授の研究室に滞在して研究を行う。大村は、Wang博士の研究室でLeidenfrost現象を利用した新しいエネルギーシステムの開発を検討する。
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| Causes of Carryover |
2019年の香港の政情不安により、香港への渡航、滞在ができなかったことおよび、2020年初頭からの新型コロナ感染拡大の影響により、台湾、香港への渡航、滞在がともにできなかったことにより、当初予定した渡航旅費が執行できなかったため次年度使用が生じた。新型コロナウイルスの感染が終息し、渡航制限が解除した段階で、できるだけ早期に学生を含めた若手研究者を派遣し、相手先にて滞在研究を進める予定である。
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Research Products
(10 results)
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[Presentation] Aggregation process of silica micro particles in a two dimensional chaootic mixing field2019
Author(s)
Ochi, Y., Horie, T., Komoda, Y., Tung, K.-L., Ohmura, N.
Organizer
18th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress (APCChE 2019), Sapporo, Japan
Int'l Joint Research
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[Presentation] Process optimization of enzymatic hydrolysis of polysaccharide using Taylor-couette flow reactor2019
Author(s)
Matsumoto, M., Masuda, H., Hubactz, R., Shimoyamada, M., Ohmura, N.
Organizer
18th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress (APCChE 2019), Sapporo, Japan
Int'l Joint Research
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