| 研究課題/領域番号 |
19K04172
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 熊本大学 |
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研究代表者 |
川原 顕磨呂 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (20224818)
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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 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 混相流 / マイクロチャンネル / 気液二相流 / 非ニュートン流体 / 急縮小 / 急拡大 / 二相流 / マイクロ流路 / 特異点 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
非ニュートン流体の流体レオロジー特性は流れのせん断速度によって複雑に変化し、このせん断速度は流路の代表径で大きく異なる。すなわち、互いの流路で速度が同じであっても、流路寸法が小さくなるにつれてせん断速度が大きくなり、非ニュートン性が顕著に表れると予想される。したがって、効率の良いマイクロ反応器の設計・開発、心血管・循環器系の検査法や医療機器の開発では、高せん断場に存在する特異点が非ニュートン流体レオロジー特性に及ぼす影響を知ることが必要となる。そこで、従来、十分に知られていないマイクロおよびミニ流路内の特異点が非ニュートン流体の単相流れおよび二相流れに及ぼす影響を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
本研究は、気液二相を利用したデバイスを対象として、マイクロ流路（水力学相当直径 1 mm以下）に存在する特異点が気体－非ニュートン液体の二相流の流動特性に及ぼす影響を明らかにすることを目的として実施した。特異点として、マイクロ反応器等の配管系において見られる急縮小と急拡大を採用した。また、非ニュートン流体として数種類の高分子水溶液を用いた。そして、特異点を通過する液単相流および二相流の圧力変化、特異点の存在による気液の流動形態の変化を実験的に調査した。実験結果に基づき、特異点通過時の圧力変化を評価する相関式を構築した。その際、非ニュートン流体がもつ粘弾性の特性を考慮する必要性を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
マイクロメートルの代表径を有する流路内に存在する各種の特異点（急拡大・縮小等）を通過する非ニュートン流体は、マイクロ化学反応器、生体内の血液流れ等に見られる。非ニュートン流体の流体レオロジー特性は流れのせん断速度によって複雑に変化する。そして、流路寸法が小さくなるにつれてせん断速度が大きくなり、非ニュートン性が顕著に表れると予想される。したがって、効率の良いマイクロ反応器の設計・開発、心血管・循環器系の検査法や医療機器の開発では、高せん断場に存在する特異点が非ニュートン流体レオロジー特性に及ぼす影響を把握することが必要となるが、本研究を通してその一部を明らかにすることができた。
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