2021 Fiscal Year Annual Research Report
Shear-induced phase transition and alignment in a microchannel for functional design
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21H01693
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
小野 努 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (30304752)
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2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | マイクロ流路 / せん断場 / CFD / 流動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究を効果的に推進していくた めに，「マイクロ流路設計」「流動・異相界面制御」「物質移動・溶液物性解析」「圧力損失計算・流量計測」の４つの要素技術を検証して制御することが重要である。しかしながら，実際の流路内の流動状態は微細流路になるほど高速となり，直接観察が困難である。そこで，流路設計と流動制御に関する知見を得るために，CFDによるシミュレーションから微細流路内の挙動を推測し，それを基に流路構造を設計した検討を行ってきた。なかでも，ジェット流から繊維を得る場合には，様々な高分子溶液がノズル出口において高流量の外相溶液によって絞られて“Taylor cone”形状を作り出す。その後にオリフィスを設けることで，流れ方向への圧倒的な線速度増加をもたらし，ジェット流が安定に形成されることが見いだされた。この間に物質移動速度も高めた条件を見出すことで，高せん断場での相転移が誘起されて得られた繊維状生成物内の分子配向性を高めることができた。また，流路内で作製した単分散液滴の内部で相分離挙動を誘起することを，流体内の溶液組成で制御できることも見出すことができ，相分離時の物質移動速度が相分離後の構造に影響を与える知見が得られるようになった。この点については，成分系の相図を活用し，組成変化の様子を詳細まで観察したことが重要であり，単分散液滴での観察であることから，粒径から体積変化を算出できて精度の高い実験が行えたことが大きい。
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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
CFDシミュレーションを駆使することで，高速で流れる微細流路内の流動挙動を推測することができ，それを基に実際の実験系に反映したところ，当初の仮定が正しいことが証明されたことから，実験挙動の理解が大きく進み，当初の研究計画が順調に進むこととなったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後もCFDシミュレーションは流動状態を確認するうえで大きな情報源となることから，実験とシミュレーションを並行して比較検討することで，これまで明らかにされていなかったミリ秒単位の相転移挙動に与える因子を解明していくことに注力していきたい。
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