| 研究課題/領域番号 |
20K14379
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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 | 日本工業大学 (2022-2023)
東京農工大学 (2021)
東京都立大学 (2020) |
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研究代表者 |
小林 和也 日本工業大学, 基幹工学部, 助教 (00849474)
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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 |
完了 (2023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)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 粉体流動 / 高分子ゲル / Rayleigh-Taylor不安定性 / 粉体 / 物理ゲル / 重力不安定性現象 / 非平衡物理 / 粉粒体 / レイリー・テイラー不安定性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、粉体を重力下で落下させた際に起こる重力不安定性現象に着目する。液体系における重力不安定性現象はレイリー・テイラー不安定性として知られ、様々な実験的・理論的研究が行われている。しかし、粉体における重力不安定性現象は、粉体特有の性質（応力鎖ネットワークの切断など）によって液体系とは単純に比較することができず、個別的な取り扱いにとどまっており、共通性はほとんど明らかにはされていない。申請者は粉体と同じ性質を示す可能性がある物質として物理ゲルに着目した。この物理ゲルを用いて実験的に粉体との共通性を明らかにし、液体系と粉体系との共通性を明らかにすることを研究の目的とする。
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| 研究成果の概要 |
粉体の重力不安定性現象に着目し，液体系のレイリー・テイラー不安定性との共通性解明を目指した．粉体系と類似した系として，加熱や冷却によって可逆的に固体-液体転移（ゾル・ゲル転移）可能な物理ゲルを用いて，重力下において2層密度不安定状態下で液体転移後に形成される重力不安定化現象パターンについて調査した．ゲルは下面からの熱伝導に伴って順々に固体-液体転移が起こり，液体転移箇所から指状パターンが形成された．この指状パターンは粉体系のパターンと非常に類似していた．さらに，不安定化ダイナミクスを支配するパラメータが，上層の流動可能領域幅であることを突き止め，両者の重力不安定性現象に明確なリンクを見出した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究課題によって，不安定化ダイナミクスを支配するパラメータが，上層の流動可能領域幅であることを突き止め，流体系と粉体系の重力不安定性現象との間に明確なリンクがあることを見出した．この共通性は，粉体のかかわる自然災害（例えば液状化現象や地震，粉塵爆発等）や，粉体を使用した製品の開発・製造等の工業プロセスにおける問題点の解決，さらに，粉体の流動制御技術など，幅広い分野への応用が期待できると考えている．
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