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3次元モンテカルロ法によるキューブ状ヘマタイト粒子分散系における内部構造の検討

研究課題

研究課題/領域番号 18J21020
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 流体工学
研究機関秋田県立大学

研究代表者

岡田 和也  秋田県立大学, システム科学技術研究科 総合システム科学専攻, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2020年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードキューブ状ヘマタイト粒子 / ブラウン動力学法 / 磁気粘性効果 / 回転磁場 / 拡散係数 / 摩擦係数 / 斥力層モデル / モンテカルロ法 / 凝集現象 / 秩序パラメータ / 透視度改善技術 / 汚濁物質 / 吸着性能
研究実績の概要

研究計画当初では,令和2年度にキューブ状ヘマタイト粒子に関する実験的な研究を遂行する予定であった.しかしながら,キューブ状ヘマタイト粒子に関する実験的な研究は,現在,国外の様々な研究グループにより幅広く行われている.新規性および独創性を追求するために,単純せん断流中におけるキューブ状磁性粒子分散系を対象としたブラウン動力学法を構築し,キューブ状磁性粒子の凝集構造と磁気粘性効果の関係性の解明を試みた.具体的には,平成31年度に構築した熱力学的平衡状態におけるキューブ状ヘマタイト粒子分散系を対象としたブラウン動力学法を,単純せん断流中におけるキューブ状磁性粒子分散系に適用することにより,キューブ状磁性粒子の凝集形態の内部構造とレオロジー特性の関係性を解明した.得られたシミュレーション結果から,凝集構造の内部構造の相違により非常に特徴的な磁気粘性効果が現れることが明らかになった.また,ある条件下において,キューブ状磁性粒子分散系は負の磁気粘性特性を有している可能性を示した.
また,期待通りに研究が進展したため,回転磁場中におけるキューブ状磁性粒子分散系を対象とした擬2次元ブラウン動力学法を構築した.本シミュレーション・プログラムを用いて,粒子間の磁気的な相互作用,磁場の強さおよび周波数などの種々の要因を変化させることにより,凝集体の形成メカニズム凝集形態の内部構造の転移現象ならびに粒子の磁気モーメントの回転磁場への追従性などを解明した.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Attachment characteristics of charged magnetic cubic particles to two parallel electrodes (3D Monte Carlo simulations)2020

    • 著者名/発表者名
      Satoh Akira、Okada Kazuya、Futamura Muneo
    • 雑誌名

      Molecular Simulation

      巻: 46 号: 11 ページ: 837-852

    • DOI

      10.1080/08927022.2020.1780230

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Brownian dynamics simulations of a cubic haematite particle suspension with a more effective treatment of steric layer interactions2020

    • 著者名/発表者名
      Okada Kazuya、Satoh Akira
    • 雑誌名

      Molecular Physics

      巻: - 号: 17 ページ: 1-19

    • DOI

      10.1080/00268976.2020.1740806

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] キューブ状ヘマタイト粒子分散系の磁気粘性特性に関するブラウン動力学シミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      OKADA Kazuya、SATOH Akira
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 86 号: 884 ページ: 19-00446-19-00446

    • DOI

      10.1299/transjsme.19-00446

    • NAID

      130007835947

    • ISSN
      2187-9761
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sedimentation characteristics of spherical and rod-like particles in the gravitational field by Brownian dynamics simulations (For the improvement of the visibility of small lakes and ponds)2019

    • 著者名/発表者名
      Okada Kazuya、Satoh Akira
    • 雑誌名

      Environmental Fluid Mechanics

      巻: - 号: 4 ページ: 1-26

    • DOI

      10.1007/s10652-019-09722-9

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of the translational and rotational diffusion coefficients of a cubic particle (for the application to Brownian dynamics simulations)2019

    • 著者名/発表者名
      Okada Kazuya、Satoh Akira
    • 雑誌名

      Molecular Physics

      巻: 118 号: 5 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1080/00268976.2019.1631498

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of a Stokes Flow Past a Cube (Friction and Diffusion Coefficients for Brownian Dynamics Simulations)2019

    • 著者名/発表者名
      Okada Kazuya、Satoh Akira
    • 雑誌名

      ASME 2019 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings of the ASME 2019

      巻: -

    • DOI

      10.1115/imece2019-10549

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ブラウン動力学法のキューブ状磁性粒子分散系への適用に関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      OKADA Kazuya、SATOH Akira
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 85 号: 877 ページ: 19-00236-19-00236

    • DOI

      10.1299/transjsme.19-00236

    • NAID

      130007711789

    • ISSN
      2187-9761
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ブラウン動力学シミュレーション法への適用のためのキューブ状粒子の拡散係数の検討2019

    • 著者名/発表者名
      OKADA Kazuya、SATOH Akira
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 85 号: 871 ページ: 18-00476-18-00476

    • DOI

      10.1299/transjsme.18-00476

    • NAID

      130007618914

    • ISSN
      2187-9761
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 3D Monte Carlo simulations on the aggregate structures of a suspension composed of cubic hematite particles2018

    • 著者名/発表者名
      Okada Kazuya、Satoh Akira
    • 雑誌名

      Molecular Physics

      巻: 116 号: 18 ページ: 2300-2309

    • DOI

      10.1080/00268976.2018.1478138

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dependence of the regime change in particle aggregates on the composition ratio of magnetic cubic particles with different magnetic moment directions2018

    • 著者名/発表者名
      Okada Kazuya、Satoh Akira
    • 雑誌名

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      巻: 557 ページ: 146-154

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2017.07.078

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 球状粒子と棒状粒子からなる分散系の沈降現象に関するブラウン動力学シミュレーション(小規模湖沼の透視度改善技術への応用)2018

    • 著者名/発表者名
      OKADA Kazuya、SATOH Akira
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 84 号: 868 ページ: 18-00358-18-00358

    • DOI

      10.1299/transjsme.18-00358

    • NAID

      130007550605

    • ISSN
      2187-9761
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 電場によるキューブ状磁性粒子の凝集構造制御に関する3次元モンテカルロ・シミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      SATOH Akira、OKADA Kazuya、FUTAMURA Muneo
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 84 号: 868 ページ: 18-00321-18-00321

    • DOI

      10.1299/transjsme.18-00321

    • NAID

      130007550634

    • ISSN
      2187-9761
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 回転磁場中におけるキューブ状磁性粒子の凝集構造の形成メカニズムに関するブラウン動力学シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      岡田 和也、佐藤 明
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部 第56期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Brownian Dynamics Simulations on Relationship Between Aggregate Structures and Magnetorheology of a Magnetic Cubic Particle Suspension2020

    • 著者名/発表者名
      Okada Kazuya、Satoh Akira
    • 学会等名
      ASME2020 International Mechanical Engineering Congress and Exposition
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ブラウン動力学シミュレーションによるキューブ状磁性粒子分散系の磁気粘性特性の解明2020

    • 著者名/発表者名
      岡田 和也、佐藤 明
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部 第55期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of a stokes flow past a cube (Friction and diffusion coefficients for Brownian dynamics simulations)2019

    • 著者名/発表者名
      Okada Kazuya、Satoh Akira
    • 学会等名
      The 2019 ASME's International Mechanical Engineering Congress and Exposition
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The aggregate structures of magnetic cubic particles in thermodynamic equilibrium by means of Brownian dynamics simulations2019

    • 著者名/発表者名
      Okada Kazuya、Satoh Akira
    • 学会等名
      2019 AIChE Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 球状および棒状粒子からなる分散系の小規模湖沼の透視度改善技術に関するブラウン動力学シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      岡田 和也、佐藤 明
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部 第54期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 電場および磁場によるキューブ状ヘマタイト粒子分散系の凝集構造の制御(3次元モンテカルロ・シミュレーション)2019

    • 著者名/発表者名
      岡田 和也、佐藤 明
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部 第54期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Brownian dynamics simulations on sedimentation behaviour of a dispersion composed of spherical and rod-like particles2018

    • 著者名/発表者名
      Okada Kazuya、Satoh Akira
    • 学会等名
      32nd Conference of The European Colloid and Interface Society
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 3D Monte Carlo simulations on the preferred configuration of cubic hematite particles in the aggregate structures2018

    • 著者名/発表者名
      Okada Kazuya、Satoh Akira
    • 学会等名
      The 2018 ASME's International Mechanical Engineering Congress and Exposition
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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