| 研究課題/領域番号 |
17560181
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
熱工学
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
桑原 不二朗 静岡大学, 工学部, 助教授 (70215119)
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| 研究期間 (年度) |
2005 – 2006
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| 研究課題ステータス |
完了 (2006年度)
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| 配分額 *注記 |
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2006年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2005年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
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| キーワード | 多孔質 / 数値解析 / せん断力 / ストークス数 / 透過率 / マイクロ伝熱 / 多孔質体 |
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| 研究概要 |
現在、液晶などにおいて生産工程のクリーン化の要求が高まっている。また、MEMSを用いた、少サンプルによる分析などマイクロ流路の応用が広がっている。これらにおいては、その接触面積を稼ぐため微細な構造を有するマイクロ多孔質が用いられる。これらに対しての流動場を正しく予測する巨視的モデルに対する提案は少ない。これまで、連続体近似が適用可能な希薄場に対する、差分法による直接計算がなされているが、より微細な構造に対し適用が可能な数値手法の導入が必要である。また、このような分析やろ過などの用途の場合、構造体周りには、流れに混在する成分が吸着することで、その寸法が増大する。このような場に対応すべく、格子ボルツマン法を用いた計算コードを構築した。
研究の第1段階として、粗密なフィルターにおける集塵機構をシミュレートすることを目指した。繊維列を角柱群でモデル化した。このような多孔質体は非常に小さな構造を持ち、極めて低レイノルズ数となる。一方、格子ボルツマン法は、その手法のため高レイノルズ数場への適用は困難とされ、本計算対象は極めて好条件となる。繊維構造体表面への粉塵吸着機構については、"拡散機構"、"さえぎり機構"および"慣性機構"など機構を表現するため、粉塵粒子サイズや密度などの導入が必要となる。
本研究においては、これらパラメータについて詳細に分析し、構造体表面に到達した粉塵粒子が流れのせん断力の大きさにより吸着することなく、再び流れに戻されることに大きく関連することに注目している。せん断力の大きさにより、吸着確率を示す係数を導入し、新たにモデル定数を提案した。本研究で提案された新しいモデル定数は、本手法における仮想粒子が、粒径無限小、密度が流体と同じであるという極めて単純に仮定されているのにもかかわらず、"拡散機構"、"さえぎり機構"および"慣性機構"などが、表現可能であり、実現象を正確にシミュレートできることが確認された。新しいモデル定数は、ストークス数に関係し、これを正しく設定することにより、様々なフィルターの使用条件に関し、その透過率の時間変化をシミュレートでき、フィルター寿命を正確に予測することが、実際のフィルターを用いた加速実験結果より判明した。
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