| 研究課題/領域番号 |
20K14370
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 神戸大学 (2021-2022)
東北大学 (2020) |
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研究代表者 |
小谷野 由紀 神戸大学, 人間発達環境学研究科, 助教 (50849643)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 移流拡散方程式 / フォッカー・プランク方程式 / 拡散 / 流体力学 / フォッカープランク方程式 / 流体 / 音響浮遊法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
二流体を混合する上で、マクロなスケールでは流速場による撹拌が、ミクロなスケールでは熱的な揺動による物質拡散が重要なダイナミクスだと考えられてきたが、近年になって撹拌能力のない流速場が拡散を促進する現象が発見された。ミクロなスケールでは流体の混合において拡散が重要なダイナミクスである。そのため、この現象はミクロなスケールで工業的な技術として確立することが期待されている。これまで、限られた条件の下でのみ、流体場と拡散ダイナミクスの協働により拡散促進現象が起きることが理論的に説明された。そこで本研究では、流速場と物質拡散の協働現象について、系の詳細によらない基礎的かつ本質的な知見を探る。
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| 研究実績の概要 |
昨年度まで、流動場とブラウン運動由来の拡散の協働効果により、拡散が促進される現象や異方的な拡散現象といった通常の物質拡散とは異なる拡散が生じることを明らかにした。更には、流動場だけでは説明できない非自明な移流が生じることも明らかにした。本年度はこれまでの結果を論文にまとめ、査読つき論文として公表した。また、実験的により実現可能が高い流動場として、周期的なせん断応力がかかっている場における拡散について検討した。その結果、ずりに対して垂直な方向には通常と同様の拡散が起きるが、ずりが生じている方向について拡散の促進が見られた。これは昨年度までの結果を支持する結果である。対応する系としては、平板に挟まれた流体内で、片方の平板を振動的に並行移動させた場合に生じる流動場を近似的に模していることとなり、実験的に確かめることができる可能性がある。
また、外的に与えられた流動場ではなく、自己駆動する粒子が周囲に作る流動場が拡散にどのような影響を与えるのか興味深い。そこで、自己駆動粒子の運動の解析にも取り組んだ。具体的には、自己駆動する粒子と受動的に動く粒子のペア、円形領域内に閉じ込められた長方形形状の粒子、非対称性をもつ粒子の3つの場合について取り扱った。各系で見られる粒子の定性的な運動状態や、運動状態間の転移現象について分岐理論の観点から解析を行い、実験で見られた運動状態の転移現象を説明することに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度までの結果を査読つき論文として公表し、さらに本年度は別の状況設定で昨年度までの結果を支持する結果を得ているからである。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの結果を踏まえ、自己駆動粒子が作る流動場によって拡散が受ける影響について考察したい。これまでは、主に周期的な流動場について考察を行ってきたが、2022年度の解析によって、流動場による移流と流動場からの影響を含んだ拡散、どちらも定式化できそうであることが明らかとなった。そこで、自己駆動粒子1つが作る流動場や、自己駆動粒子が多数集まった場合の平均的な流動場（ランダムな流動場）が拡散に及ぼす影響について考察を行う。
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