2023 Fiscal Year Annual Research Report
Toward Lab-in-a-drop: Contactless droplet manipulation by acoustic field
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20H02070
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
長谷川 浩司 工学院大学, 工学部, 准教授 (90647918)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 非接触流体マニピュレーション / 音場浮遊法 / 液滴 / Lab-in-a-drop / 混相流 / 蒸発 / 乳化 / 非線形ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、音場浮遊液滴に生じる流動、熱・物質輸送現象ならびに浮遊液滴の安定制御条件の解明のために現象の支配的パラメータを同定し、複数プロセスの連続的操作を可能とすることを目指す。すなわち、Lab-in-a-dropの実現に向けた音響場による非接触流体マニピュレーションの概念実証を行うことを目的とする。
最終年度となる今年度は、これまでに得られた知見を総動員し、より実際的な非接触流体マニピュレーションの実現可能性を検証した。具体的には2022年度より着手したOuzo液滴（エタノール、水、アニス油の混合液滴）を対象に、蒸発によって液滴内の成分濃度を変化させることで任意のタイミングで自然乳化や相分離を発生させることでLab-in-a-dropとしての液滴活用の概念実証に成功した。併せて、実験では特定が極めて困難な物理量を推定するための数値解析も駆使した。具体的には連成する物理現象を数値解析可能なCOMSOL Multiphysicsを駆使することで音響場の時空間発展を明らかにすることで、液滴界面に生じる圧力分布などの定量化と実験結果との良好な一致を確認した。さらには、既存の蒸発モデルを拡張することで、Ouzo液滴のエタノール成分の蒸発に伴う液滴内濃度の時系列変化の予測した。その結果、任意の濃度条件に達した場合に液滴内に乳化が確認できることを明らかにした。
以上のように、実験と数値解析、数理モデルのいずれも駆使した相補的なアプローチによって、効果的かつ系統的に音響場による非接触流体マニピュレーションの概念実証を果たした。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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