2022 Fiscal Year Research-status Report
粉体系と液体系における重力不安定化現象の普遍性解明
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20K14379
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| Research Institution | Nippon Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小林 和也 日本工業大学, 基幹工学部, 助教 (00849474)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 粉粒体 / 物理ゲル / 重力不安定性現象 / 非平衡物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は，粉体（例えば砂など）を空気中や液体中で沈降させた際に見られる重力不安定性現象に関して，実験研究を中心に取り組んでいる．このような重力不安定性現象は，液体-液体系ではレイリー・テイラー不安定性として知られており，これまで理論的・実験的研究によって様々な性質が明らかになっているが，液体-粉体においてはあまり理解が進んでいない状況である．本研究では，固体状態（ゲル）と液体状態（ゾル）に加熱や冷却によって可逆的に転移することができる物理ゲルの性質に着目し，粉体の沈降挙動との共通性を詳細に調査することによって，複雑な粉体のダイナミクスを明らかにする．
本年度は，昨年度までに改良を加えた充填率制御可能な実験セットアップにさらに一部改良を加えながら，継続使用することで実験を行った．実験では特に粉体粒子の形状に着目した．これまで使用してきた粉体粒子の形状は均一ではなく，この影響については未検討であった．そこで，新たに粒子形状が比較的均一であるガラスビーズを用いて実験を行った．本年度においては，まだ複数の粒径における調査は実施することはできていないが，今回実施した範囲内において，充填率などを変化させながら，多くの定量的データを得ることに成功している．今後，幅広い粒径範囲にて実験を行う計画である．これらの結果については，次年度において論文の執筆・投稿を計画している．さらに，実験の過程で，新たに興味深い粉体流動現象を発見した．この現象は本課題とも大きく関連することから，次年度において並行して研究を進める計画である．また，これらの実験成果については，順次論文としてまとめる計画である．
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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
本年度では粒子形状変化による重力不安定化現象への影響調査を目的に，粒子形状が均一であるガラスビーズを用いて実験を行い，充填率変化による波長や指状パターン等のパラメータの時間変化について，定量的データを得ることに成功した．現状では複数の粒径における実験は実施できていないが，実験方法等は本年度において確立できたことから，次年度も支障なく進めることができると考える．また，研究過程において，興味深い粉体流動現象を発見した．こちらについても，本現象と重要な関わりがあるため，より詳細な調査を今後する必要がある．本年度は研究機関の移動が伴ったが，計画に沿って研究を進めることができた．また，次年度に向けた課題も見えている．これらの状況を踏まえて，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度では，これまでの研究で使用してきた粉体粒子の形状が均一ではないことによる現象への影響等に着目して，新たにガラスビーズなどの形状が均一な粒子を使用した実験を実施して，定量的データを得ることに成功した．一方で，粒径変化による影響については実験が不足しているため，次年度は様々な粒径および充填率において実験を実施する計画である．これらの結果については，今年度までに得られた研究成果との比較を行い，詳細な解析を通してゲル系および粉体系の重力不安定性現象のメカニズム解明を達成する計画である．さらに，新たに発見した粉体流動現象についても，引き続き調査を続け，本現象との関連性を検討する．次年度は本課題の最終年度であることから，研究成果をまとめて，国内外の学会で発表すると同時に論文として国際誌に投稿することを目指す．
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| Causes of Carryover |
今年度は東京農工大学より日本工業大学へと研究機関異動が生じた．科研費にて購入した研究備品を移管することで，本年度に計画していた実験は遅滞なく進めることができたが，研究環境（実験室等）の整備・修繕が9月頃までかかったため，新たな消耗物品等の購入時期が当初の計画から大きくずれ込む結果となった．次年度は不足分を含めて計画的に使用する．また，新型コロナウイルス等の問題から，国際学会への参加と発表を見送ったことで，学会費用として次年度使用額が生じている．次年度については，ほとんどの学会が通常開催になる予定であるため，計画通りに参加・発表を計画している．また，研究のまとめ年度になるため，論文化（オープンジャーナル）を目指して，着実に研究を進める計画である．
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