2020 Fiscal Year Research-status Report
赤血球に学ぶ懸濁液のレオロジーコントロールとレオロジー同定法
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20K04266
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福井 智宏 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 助教 (00451542)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | レオロジー / 懸濁液 / 混相流 / 非ニュートン流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
懸濁液の微細構造と巨視的レオロジーの関係を調べることは重要である．懸濁液の微細構造は，通常，懸濁粒子の幾何学的な配列により評価され，これは粒子慣性力に大きく依存することがこれまでの研究により明らかとなった．本研究では，粒子慣性力が微細構造に与える影響の体系的な理解を推進させるために，当研究室が開発した数値解析手法による流体―固体連成解析を行った．
懸濁粒子に作用する流体力の影響を調べるために，圧力差により駆動される，直線流路内を流れる懸濁液流れ解析を行った．巨視的流れにより定義されるレイノルズ数Re=2~256とし，コンファインメントC（流路幅に対する粒子の大きさ）を0.05とした．懸濁粒子の幾何学的配列により形成される微細構造の時間変化を調べるために，懸濁液の巨視的レオロジーを加味した周期境界条件を付与し，無次元時間T=100（粒子の平均流下距離が流路幅の100倍に相当）まで計算を行った．この際，懸濁粒子の流路内初期配置はランダムとし，この初期位置依存性を排除するために，計20回のアンサンブル平均をとった．
懸濁粒子に作用する流体力の影響により，揚力と壁面からの反力とが釣り合う力学的平衡位置へと，粒子はマイグレーションした．この力学的平衡位置は，レイノルズ数や粒子濃度に依存することを確認した．特に，セグレ・シルバーベルク効果やファーレウス・リンドクビスト効果として知られている特徴的な粒子マイグレーション現象を再現することに成功した．また，この力学的平衡位置へと到達するために必要な流路長さや時間は，懸濁粒子の微細構造形成を達成させるために重要なパラメータとなり得ることを確認した．これらの成果を，2件の国際会議にてオンライン発表した．
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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
セグレ・シルバーベルク効果やファーレウス・リンドクビスト効果として知られている，懸濁液の特徴的な粒子マイグレーション現象を再現することに成功した．これらの効果により達成される，巨視的レオロジーの体系的な理解により，懸濁液レオロジーのスマートコントロールに繋がる知見が得られることが期待される．また，血漿タンパク質のように，懸濁液の溶媒の非ニュートン性を考慮に入れた数値解析や，懸濁粒子の微細構造解析に基づく粘度推定に関する研究にも着手した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，粒子形状や粒子サイズの影響や，物体力が作用するような力学環境での数値解析にも着手し，複雑流路内における懸濁液の巨視的レオロジーと微細構造との関連性を考察する．また，マイクロ流体回路を用いた実験研究による検証・考察も行う予定である．
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| Causes of Carryover |
当該年度の旅費が不要となったため，これを次年度に購入予定の，数値シミュレーション用ワークステーションの一部として使用する．
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