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細管内に置かれた物体の力学的挙動と物体の運動に伴う管内非定常流との非線形相互作用

研究課題

研究課題/領域番号 15560205
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 機械力学・制御
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

吉沢 正紹  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10095664)

研究期間 (年度) 2003 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2004年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2003年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
キーワード流体マイクロマシン / 流体関連振動 / 非線形力学現象 / 数値解析 / 相似模型実験 / PIV / 軸対称三次元流れ / 相似糢型実験 / 渦剥離 / 抗力係数
研究概要

血管内を移動する医療用マイクロマシンなどを対象にした場合,細管内の流れは層流の低レイノルズ流れであると共に,面積力である粘性力が体積力に比べ無視できない.さらに,流路壁と物体との距離が狭いことにより,物体運動と流体運動の非線形連成の効果がより強く現れ,力学的に極めて不安定な現象の発生が予想される.しかしながら,その3次元的な現象の解明は目下のところ極めて難しい.
そこで本研究では,最初に,管路内に弾性支持された球の運動を実験的に調べ,流れによる球の運動の安定性を明らかにしたのち,一定速度で落下する球が落下運動する場合に着目して,球の運動と周囲の流体運動との相互作用を詳細に調べた.
すなわち密度ρ,動粘度υの静止流体で満たされた内径Dの細い流体管路内で管軸方向に重力Gによる一定外力を受ける直径D_S,密度ρ_sの球の運動と管内非定常層流の特徴について数値解析および実験により明らかにした.数値解析では流れ場を軸対称と仮定し,MAC法による数値解析を行った.その際,無次元パラメータであるガリレイ数Ga=D_S^3G/υ^2,流路直径比d=D/D_S,および流体と物体の密度差比α=(ρ_s-ρ)/ρのうち,Gaを一定とし,dおよびαを変化させた.その結果,主に以下のような結論が得られた.
1.球の無次元終端速度ν_<bter>=V_<Bter>υ/αD_S^2Gは,dが小さい場合は密度差比とガリレイ数の積αGaに依存せずν_<bter>はほぼ一定である,
2.細管内を移動する球まわりの流れ場の流線は楕円形状であり,楕円の中心は球表面からわずかに離れた位置にある.そして球後方の流線はαGaが大きいほど後方へ伸びる.
さらに力学的相似則を考慮した相似模型実験を行い,流路内を移動する球のν_<bter>とdおよびα=(ρ_s-ρ)/ρとの関係,球周りの軸対称流れ場の特徴をPIV計測により捉え,数値解析で予測された結果と定性的に一致する実験結果を得た.

報告書

(3件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (14件) 文献書誌 (3件)

  • [雑誌論文] 細長い流体管路内を移動する物体の運動(管軸方向に一様外力を受ける剛体球の場合)2005

    • 著者名/発表者名
      荒武紘平
    • 雑誌名

      日本機械学会関東支部第11期講演論文集 050-1

      ページ: 105-106

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 細長い流体管路内を移動する物体の運動(管軸方向に一様外力を受ける剛体球の場合)2005

    • 著者名/発表者名
      荒武 紘平
    • 雑誌名

      日本機械学会関東支部第11期講演論文集 050-1

      ページ: 105-106

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 細管内にある球を過ぎる非定常流れ2004

    • 著者名/発表者名
      米山 宰
    • 雑誌名

      日本機械学会2004年度年次大会講演論文集 04-1

      ページ: 113-114

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 狭い流路内にある円柱周りの非定常流れと円柱振動の同時計測2004

    • 著者名/発表者名
      有富俊亮
    • 雑誌名

      D&D Conference 2004講演論文集CD-ROM論文集 04-5

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Unsteady flow past a sphere in a small-diameter tube2004

    • 著者名/発表者名
      Tsukasa Yoneyama, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of Mechanical Engineering Congress No04-1

      ページ: 113-114

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Synchronized measurement of unsteady fluid flow around the cylinder in a narrow channel2004

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Aritomi, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of D&D Conference 2004 (CD ROM)(No.748)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 狭い流路内にある円柱周りの非定常流れと円柱振動の同時計測2004

    • 著者名/発表者名
      有富 俊亮
    • 雑誌名

      Dynamics and Design Conference 2004講演論文集 04-5(CD-ROM論文集)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 細管内にある球に作用する流体力2003

    • 著者名/発表者名
      富松卓郎
    • 雑誌名

      D&D Conference 2003 CD-ROM論文集 03

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 細管路内の物体に作用する流体力の数値計算による評価2003

    • 著者名/発表者名
      長澤 潔
    • 雑誌名

      日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集 03-26

      ページ: 149-151

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 狭い流路内に弾性支持された円柱の運動と流体運動との相互作用2003

    • 著者名/発表者名
      伊藤健也
    • 雑誌名

      日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集 03-26

      ページ: 157-158

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Fluid force acting on a small-diameter tube2003

    • 著者名/発表者名
      Takurou Tomimatsu, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of D&D Conference 2003 (CD ROM)(no.445)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Numerical estimate of fluid force actin on a rigid body in a small-diameter tube2003

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Nagasawa, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of The 16th Computational Mechanics Conference No.03-26

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Interaction between motion of a spring-supported cylinder and fluid flow in a narrow channel2003

    • 著者名/発表者名
      Kenya Ito, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of The 16^<th> Computational Mechanics Conference No.03-26

      ページ: 157-158

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A fundamental study of moving body in a Small-diameter tube(in case of the sphere under the action of constant force)

    • 著者名/発表者名
      Kohei Aratake, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of The 11^<th> JSME Kantoh Ditrict Congress No.050-1

      ページ: 105-106

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 富松 卓郎: "細管内にある球に作用する流体力"D&D Conference2003 CD-ROM論文集. 03-7. 445 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 長澤 潔: "最管路内の物体に作用する流体力の数値計算による評価"日本機械学会 第16回計算力学講演会講演論文集. 03-26. 149-151 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 伊藤 健也: "狭い流路内に弾性支持された円柱の運動と流体運動との相互作用"日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集. 03-26. 157-158 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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