| 研究課題/領域番号 |
19K04199
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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 | 大阪電気通信大学 |
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研究代表者 |
山本 剛宏 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (40252621)
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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 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 複雑流体 / ポピュレーションバランス方程式 / フロック / 構成モデル / 数値流体力学 / フロック形成流体 / セルロースナノファイバー / 粘弾性モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
フロックの生成と破壊による流体内部構造変化に関する情報を保ちながら，計算負荷を抑えて，成形加工プロセスなどの工学問題で現れる複雑な流れ場の解析にも適用可能なフロック形成流体の解析手法の体系を構築する．ここでは，フロックサイズ分布の時間変化をポピュレーションバランス方程式によって計算する．そして，その結果をもとに応力テンソルを評価し，マクロ流動計算とカップリングする解析モデルを構築する．本研究では， 解析モデルの開発とそのモデルを用いたレオロジー特性の予測とせん断特性，動的粘弾性などのレオロジー測定やステップせん断応答との比較をもとに，各モデルの特徴，選択指針，適用可能範囲を体系的にまとめる．
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| 研究成果の概要 |
フロック形成流体の流動誘起構造を考慮した流動解析のために，フロックサイズ分布の時間変化をポピュレーションバランス方程式によって計算する解析モデルを開発した．フロックサイズ分布からフロック有効体積分率を求め，それを用いて，系の粘度と緩和時間をそれぞれ，Krieger-Doughertyモデルとべき乗則モデルで評価し，White-Metzner型の粘弾性構成モデルに取り込んだ．そして，本モデルはナノ繊維分散系のレオロジー特性を表現できることを示した．さらに，このモデルの複雑な流動場の解析への適用可能性を調べるために，有限要素法流動解析プログラムとの連成を行い，２次元合流流れの数値計算を行った．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまで，フロック形成流体の流動誘起構造と粘弾性を考慮した数値解析モデルは存在しなかったが，本モデルの開発により，フロックサイズ分布を考慮した数値流動解析が可能となった．これにより，フロック形成流体を用いた成形過程における流動誘起構造の解析を行い，機能性への影響を考慮した製造過程のシミュレーションを行うなどの，より高度な流動解析の可能性が示された．
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