2020 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、ワルシャワ工科大学との共同研究により、テイラー渦セルを研究対象とし、非ニュートン流体反応系としてデンプンの加水分解をとりあげ、内円筒にリブを設置して、渦流動を強化することで、還元糖の収率が向上することを見出した。
2) 高濃度分散相を有する混相流体については、国立台湾大学，北京化工大学と共同研究を行い、ポピュレーションバランスモデルを導入したせん断凝集モデルを構築し、このモデルが撹拌槽内の粒子凝集現象を表現できることを明らかにした。
3) 粘弾性流体については、二次元乱流場における渦の発生について、国立台湾大学等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、国立台湾大学、香港城市大学との共同研究に向け、液滴内の流動・混合現象の実験結果を、粒子法を用いた数値シミュレーションにより得られた結果と比較検証し、妥当性を評価した。今後粒子法を用いて現象を解析し、国立台湾大学、香港城市大学と議論する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
4つの研究課題について、2021年度以降に行う予定である、国立台湾大学、香港城市大学等での滞在研究のための準備はほぼ完了しているが、新型コロナウイルス感染拡大により、相手先への訪問、滞在ができておらず、相手機関での研究が実施できていない。オンラインミーティング等により、議論を行っていること、機関内での研究は遅滞なく進めていることから、大きな遅れはないが、相手機関での長期滞在による研究が実施できていないことから、やや遅れていると判断した。
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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教授と現地滞在またはオンラインを活用して、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食品プロセスのプロセス強化に関する応用的研究を推進する。
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博士と協働してせん断凝集モデルにより理論解析を行う。
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、日出間が高分子溶液の二次元乱流流れについて、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国立台湾大学等の国際共同研究先にて行う。
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、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・衝突制御実験を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引き続き検討する。
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| Causes of Carryover |
2019年から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収束し、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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