2023 Fiscal Year Annual Research Report
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20H02072
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
関 眞佐子 関西大学, システム理工学部, 教授 (80150225)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | Segre-Silberberg効果 / 粒子変形 / 粘弾性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流路内層流に浮遊する粒子が慣性に起因する揚力を受けて，粒子の大きさや変形性，流速等に応じて流路断面内の特定の位置を通過する現象はSegre-Silberberg効果として知られており，粒子の分離・選別への応用が期待されている．本研究は，浮遊粒子の変形性や媒質の粘弾性がSegre-Silberberg効果に及ぼす影響を実験および数値シミュレーションによって解析し，その機序を解明することを目的とした．2023年度はマイクロ流体デバイスで一般的に用いられる長方形管の実験と変形粒子を浮遊粒子とした数値シミュレーションを行うとともに，研究のまとめを行った．
(1) 実験的研究
長方形管を用いてSegre-Silberberg効果の実験を行い，正方形管の場合との比較を行った．条件を満たす市販の長方形管がなかったため，特別仕様で流路を作製した．レイノルズ(Re)数が低い場合，正方形管の場合とは異なり，長方形管では長辺の中央付近の2点のみに集束が見られた．Re数が増加すると，粒子は短辺中央付近の2点にも集束し，さらにRe数が増加すると角付近にも集束した．これらの粒子集束パターンを管断面のアスペクト比毎にRe数と閉塞率(粒子径と管断面の短辺長との比)の関数として整理した．
(2) 数値解析
変形性をもつ超弾性体モデルを浮遊粒子とする数値シミュレーションを行った．ヒドロゲル粒子の実験で観察された低Re数での管断面中央付近への集束や有限のRe数での管断面の対角線上の4点への集束が再現できた．数値解析と実験の結果との比較から評価したヒドロゲル粒子のヤング率は，別の手法で得られた先行研究の値とほぼ同程度の値となった．モデル粒子の変形性を変化させて計算を行い，粒子の変形性がSegre-Silberberg効果に与える影響をまとめた．
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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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[Presentation] Inertial focusing of spherical particles suspended in square tube flows of viscoelastic fluids2023
Author(s)
Yoneyama, D., Miki, Y., Yamashita, H., Yokoyama, N., Itano, T. and Sugihara-Seki, M.
Organizer
AJKFluids 2023 (ASME-JSME-KSME Fluid Engineering Division)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Effects of medium elasticity on the inertial fucusing of spherical particles in square tube flows2023
Author(s)
Yoneyama, D., Miki, Y., Yamashita, H., Yokoyama, N., Tagawa, Y., Itano, T., Sugihara-Seki, M.
Organizer
76th Annual Meeting of the Americal Physical Society, Division of Fluid Dynamics
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development lengths for the margination of platelet-sized particles after the confluence and bifurcation of Y-shaped microchannels2023
Author(s)
Nagaishi, K., Noguchi, A., Onozawa, T., Itano, T., Sugihara-Seki, M.
Organizer
76th Annual Meeting of the Americal Physical Society, Division of Fluid Dynamics
Int'l Joint Research
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