| 研究課題/領域番号 |
19K05122
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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27010:移動現象および単位操作関連
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
石神 徹 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (70595850)
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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: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 四相流 / 数値シミュレーション / 粒子 / 自由界面 / phase field model / 自由界面運動 / 毛管力 / フェーズフィールドモデル / キャピラリーサスペンション / 乾燥 / 液架橋 / 直接数値シミュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，新規な気液液固4相流の計算機シミュレーションモデルを構築し，粒子間液架橋を伴う粒子分散液（キャピラリーサスペンション）による乾燥粒子薄膜のクラック抑制機構の解明を目指す。計算機シミュレーションモデルを構築した後，粒子・流体・界面物性を独立的かつ網羅的に変化させて，乾燥過程のシミュレーションを行い，現象の可視化，粒子間相互作用の解析を行うことで，クラック抑制機構の解明を行う。また，得られた知見をフィードバックして，クラック抑制に必要な粒子分散液の物性，ならびにバインダー液の種類や組成の提案を行う。
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| 研究成果の概要 |
数値解析技術の発展により，二相系に留まらず，近年では固気液などの三相系の解析も可能である。一方，より複雑な四相流の現象が実験的に確認されている。非混和流体を添加すると，乾燥薄膜のクラックを抑制する現象がある。これは気相，粒子，連続相，架橋流体の四相系の現象である。本研究では固気液液四相流れの数値シミュレーションモデルを開発した。
従来の固気液三相流の研究で報告の多い自由界面への粒子の衝突過程の数値解析を行った。三相流の場合と比較したところ，四相流では自由界面の数が多いため，自由界面運動が連動し複雑化すること，さらにそれに伴い，粒子に作用する毛管力が影響を受け粒子運動も複雑化することが示された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまで全く報告例が無かった，固体粒子，気体，混和しない2種類からなる四相系の流れを予測・解析可能な数値シミュレーション手法を開発し，この手法を用いて，四相系の流れの特徴や機構を理解することに成功した。本研究で扱った乾燥薄膜や粒子の衝突現象だけでなく，産業プロセスにおける多くの混相流現象に応用可能である。
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