| 研究課題/領域番号 |
19H02252
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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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| 審査区分 |
小区分22040:水工学関連
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| 研究機関 | 大阪市立大学 |
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研究代表者 |
重松 孝昌 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (80206086)
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| 研究分担者 |
大友 涼子 関西大学, システム理工学部, 助教 (00726862)
中條 壮大 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20590871)
麓 隆行 近畿大学, 理工学部, 教授 (30315981)
竹原 幸生 近畿大学, 理工学部, 教授 (50216933)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2019年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
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| キーワード | 多孔質体 / Stokes流れ / 透水試験 / 画像計測 / 流体力学的拡散 / Immersed Boundary Method / 空間ネットワーク / PTV / 複雑流路流れ / コネクティビティ / アップスケーリング効果 / ポロシティ / アスペクト比 / 屈折率整合法 / 画像流速計測 / 形態測定学 / ボロノイ分割 / 動水半径 / X線CT |
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| 研究開始時の研究の概要 |
さまざまな大きさや形状を有する空間が複雑なネットワークを構成する多孔質体内を通過する流れの計測や数値計算が可能な時代となっている．最新の研究によれば，微視的な間隙形状とその連結性が，多孔質体を流体が通過する際の圧力損失などの巨視的な流動特性に少なからず影響を及ぼすこと (アップスケーリング効果) が示されている．本研究では，形態測定学の視点から間隙の連結性を定量的に評価する新たな指標を見出すとともに，粘性領域から慣性領域に至る幅広いレイノルズ数を対象として連結性が大きく異なる多孔質体の微視的流動の計測と数値計算を行うことによって，連結性がアップスケーリング効果に及ぼす影響の解明を試みる.
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| 研究成果の概要 |
これまで評価が困難であった低ポロシティ多孔質体においては，構成要素のアスペクト比によって透水試験の結果に顕著な影響を及ぼし，空隙形状およびその連結性が透水現象に影響を及ぼすことが明らかになった．また，このような現象をより定量的に評価するためにImmersed Boundary Methodの境界条件モジュールを新たに組み込み，水理実験結果と比較してその妥当性の検証を行った．高ポロシティ多孔質体においては，マイクロ流路を用いて微粒子懸濁液の移動特性に関する実験を行い，空隙の粗密構造によって微粒子の拡がりが促進・抑制されることを明らかにし，流体力学的拡散を確率論的に表現できる可能性を見出した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
内部に多くの間隙を含む多孔質は，利便性・快適性・安全性等の観点から極めて有用な物体であることはよく知られている．その性能・機能は多孔質体を通過する流体の運動と密接な関係があるにも関わらず，それに関する十分な知見はこれまで得られていない．本研究では，多孔質体を空隙体積の小さな低ポロシティ多孔質体と空隙の大きな高ポロシティ多孔質体に分類し，それぞれに対して，実験または数値計算を通して，間隙形状あるいは多孔質体を構成する要素の形状が流体の透過特性に及ぼす影響を検討し，これまで経験的な知見を定量的に評価するに至った．また，更なる検討に必要な数値モデルを開発・拡張を行った．
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