2017 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of the unified theory for water movement in porous media under various gravity conditions
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17H06251
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
登尾 浩助 明治大学, 農学部, 専任教授 (60311544)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
溝口 勝 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (00181917)
小島 悠揮 岐阜大学, 工学部, 助教 (70767475)
森 也寸志 岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (80252899)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 微小重力 / 水分移動 / 多孔質体 / 毛管上昇 / 接触角の重力依存性 / 粘性の重力依存性 / 落下塔実験 / 放物線飛行実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微小重力から過重力条件下における多孔質体中の水分移動に対する統一理論を構築することを目的として研究を実施した。初年度は、微小重力条件下における水を含む液体の毛管中における動態を主に研究対象とした。研究計画に沿って、まず、クリノスタットを使った擬似微小重力条件下における多孔質体中の水分移動実験を行った。その結果、透水係数が小さい多孔質体中の水分移動に対しては重力による方向の依存性はほぼ消去することができたが、透水係数の大きい砂中の水分移動では水分移動速度が重力の方向の影響を受けることがわかった。即ち、透水係数が小さい多孔質体を使った場合は、クリノスタットを使った水分浸潤実験結果は水平方向に接地した土壌カラム内の水分浸潤と同じであることがわかった。しかし、落下塔実験で明らかになった接触角の重力依存性を消すことができないことが判明した。
落下塔実験によって水およびエタノールの接触角は微小重力条件下では大きくなることが判明したので、申請書に記載した仮定が証明された。また、種々の毛管間隙構造中の液体移動は微小重力による接触角の変化に影響を受けることがわかった。毛管内の水分移動と多孔質体中の水分移動は、Lucas-Washburn式で表すことができることがわかり、微小重力の影響は液体の接触角、粘性係数、及び表面張力に及ぶことを予測した。その中で、接触角の重力依存性に関しては落下塔実験で明らかにした。粘性係数と表面張力に影響を与える分子間力やファンデルワールス力は重力に依存する項が無いことから、未知の物理学へ踏み込む必要があると考えられる。
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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
クリノスタットを使った実験及び落下塔と放物線飛行実験を終えることができた。また、モデル開発も順調にスタートすることができた。これらの実験結果は、土壌物理学会2017年度大会、マイクログラビティ応用学会2017年度大会、及びアメリカ土壌科学会年次国際大会で発表し、クリノスタットを使った研究成果は明治大学農学部研究報告に投稿中である。センサー開発も順調に進んでいる。このように、学会でそれぞれの実験結果を発表できたので、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ほぼ計画通りに進捗しているので、申請書の計画に沿って今後も研究を進める。今年度は特にデータ解析を中心に落下塔実験を行う予定である。
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