2023 Fiscal Year Annual Research Report
Multifaceted analysis of microdynamics of invasion and drainage processes in porous media effected by hydrophobic particles
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20H03100
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
竹内 潤一郎 京都大学, 農学研究科, 准教授 (20362428)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 間隙ネットワーク / パーコレーション / 格子ボルツマン法 / 非混合性流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年に引き続き，格子ボルツマン法による間隙スケールの侵入現象に関するシミュレーションモデルの精緻化や間隙ネットワークモデルによる浸潤・排水過程の水分保持特性のモデル化，3Dプリンタによって作成した単純化した多孔質媒体モデルを用いた浸透実験を行った。
格子ボルツマン法を用いたシミュレーションでは，3次元の球形粒子を充填した多孔質媒体モデルやマイクロトモグラフィによる砂岩の間隙モデルに対して，接触角を0°とした液体の侵入過程について，オーバーラップやコーナーフロー，フィルムフローといった給水過程で特徴的な侵入パターンの再現を行った。
間隙ネットワークモデルでは，複数の濡れ性と粒径をもつ粒子から構成された多孔質媒体の水分保持特性の再現を行い，実験結果との比較を行った。複数の濡れ性を持つ間隙の合成接触角の推定方法に課題が残るため改良を行っていく。
3Dプリンタによる他行した媒体モデルでは，侵入方向とそれに垂直な方向である側方の間隙への侵入実験をCa数やRe数を変化させて行った。側方により大きな間隙を配置した場合，準静的や低Re数では側方のみに侵入したが，Re数が大きくなると直進方向にも侵入するようになることが確認された。これまでは定性的に知られていた現象を定量的に評価を行っていく。
変分法を用いたForchheimer流れの定式化を行い，その数理モデルに基づいて数値計算を行った。これまでの慣例的なモデルとは透水係数の空間的変化により生じる項が付け加わった形になっている。
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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
格子ボルツマン法や間隙ネットワークモデルを用いた研究は当初の予定通り，対象とする現象や物性を増やしてきている。3Dプリンタを用いた多孔質媒体モデルの作成は，使用するレジンによりモデルの仕上がりが変化したり，造形後モデルが反ったりしたが，3Dプリンタのパラメータを調整して対応した。
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| Strategy for Future Research Activity |
格子ボルツマン法や間隙ネットワークに関しては引き続きモデルの改良を加えつつシミュレーションを行っていく。
3Dプリンタによる多孔質媒体モデルを用いた浸入実験では，Ca数やRe数を系統的に変化させた実験を行っていく。
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