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Purely Elastic Flow-induced Vibrations of Microcylinders : Viscoelastic Fluid-Structure Interaction in Microfluidics

研究課題

研究課題/領域番号 20K14656
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分19010:流体工学関連
研究機関沖縄科学技術大学院大学

研究代表者

Hopkins Cameron  沖縄科学技術大学院大学, マイクロ・バイオ・ナノ流体ユニット, ポストドクトラルスカラー (50865954)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワードviscoelasticity / microfluidics / flow instability / cylinder / rheology / wormlike micelles / polymers / non-Newtonian fluids / Microfluidics / Complex Fluids / Fluid Mechanics / Viscoelasticity / Cylinder / Micelles / Instability / Polymers / Complex fluids / Fluid mechanics / Fluid-structure / Fluid dynamics / FSI / Rheology
研究開始時の研究の概要

Slender microscopic objects like fibers or cilia interact with viscoelastic fluids (that possess liquid and solid-like properties) in many biological and industrially-relevant systems. In this research project we will use microfluidic techniques to study these complex interactions in the lab.

研究成果の概要

粘弾性流体は、粘性流体と弾性固体の性質を持ちます。生物システムおよび工業システムの多くでは、このような流体が細長い形状の障害物と相互作用し、その相互作用はマイクロ流路内の円柱を通過する流れとしてモデル化することができる。長さスケールが十分に小さい場合、流体の持つ弾性が流れを支配するため、弾性に起因する流体の不安定流れを引き起こす。本研究では、細長い障害物とその周囲を流れる粘弾性流体との間の相互作用を特徴づけることを目的とした。その結果、いくつかの条件で弾性起因の新しい不安定性流れを発見し、その特性を明らかにした。この研究は、粘弾性流れに関する基礎研究の発展に向けた基盤を確立するものである

研究成果の学術的意義や社会的意義

The research is of interest to the microfluidics, fluid mechanics, rheology, and broader engineering and physics communities and has resulted in 9 papers published in international peer-reviewed journals. The research findings improve our understanding of viscoelastic flow instabilities.

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 7件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Effect of blockage ratio on flow of a viscoelastic wormlike micellar solution past a cylinder in a microchannel2022

    • 著者名/発表者名
      Cameron C Hopkins, Amy Q Shen, Simon J Haward
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 18 号: 46 ページ: 8856-8866

    • DOI

      10.1039/d2sm01162j

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Upstream wall vortices in viscoelastic flow past a cylinder2022

    • 著者名/発表者名
      Cameron C Hopkins, Simon J Haward, Amy Q Shen
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 18 号: 26 ページ: 4868-4880

    • DOI

      10.1039/d2sm00418f

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Bifurcations in flows of complex fluids around microfluidic cylinders2021

    • 著者名/発表者名
      SJ Haward, CC Hopkins, S Varchanis, AQ Shen
    • 雑誌名

      Lab on a Chip

      巻: 21 号: 21 ページ: 4041-4059

    • DOI

      10.1039/d1lc00128k

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Stagnation points control chaotic dynamics in viscoelastic porous media flow2021

    • 著者名/発表者名
      SJ Haward, CC Hopkins, AQ Shen
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences USA

      巻: 118 号: 38

    • DOI

      10.1073/pnas.2111651118

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Tristability in Viscoelastic Flow Past Side-by-Side Microcylinders2021

    • 著者名/発表者名
      Hopkins Cameron C.、Haward Simon J.、Shen Amy Q.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 126 号: 5 ページ: 054501-054501

    • DOI

      10.1103/physrevlett.126.054501

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Asymmetric flows of complex fluids past confined cylinders: A comprehensive numerical study with experimental validation2020

    • 著者名/発表者名
      Varchanis Stylianos、Hopkins Cameron C.、Shen Amy Q.、Tsamopoulos John、Haward Simon J.
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 32 号: 5 ページ: 053103-053103

    • DOI

      10.1063/5.0008783

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Transition between solid and liquid state of yield-stress fluids under purely extensional deformations2020

    • 著者名/発表者名
      Varchanis Stylianos、Haward Simon J.、Hopkins Cameron C.、Syrakos Alexandros、Shen Amy Q.、Dimakopoulos Yannis、Tsamopoulos John
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 117 号: 23 ページ: 12611-12617

    • DOI

      10.1073/pnas.1922242117

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Upstream wall vortices in viscoelastic flow past a cylinder2022

    • 著者名/発表者名
      Cameron C. Hopkins, Simon J. Haward, Amy Q. Shen
    • 学会等名
      Society of Rheology 93rd Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Flow-induced vibrations due to the flow of a viscoelastic fluid between two cantilevered microcylinders2021

    • 著者名/発表者名
      Hopkins Cameron C., Haward Simon J., Shen Amy Q.
    • 学会等名
      International Congress of Theoretical and Applied Mechanics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tristability in viscoelastic flow past side-by-side microcylinders2021

    • 著者名/発表者名
      Hopkins Cameron C., Haward Simon J., Shen Amy Q.,
    • 学会等名
      The Annual European Rheology Conference in Cyberspace
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Asymmetric flows of complex fluids past a cylinder in a microchannel2021

    • 著者名/発表者名
      Varchanis Stylianos, Hopkins Cameron C., Shen Amy Q., Tsamopoulos J., Haward Simon J.
    • 学会等名
      The Annual European Rheology Conference in Cyberspace
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tristability in Viscoelastic Flow Past Side-by-Side Microcylinders2021

    • 著者名/発表者名
      Hopkins Cameron C.、Haward Simon J.、Shen Amy Q.
    • 学会等名
      Annual European Rheology Conference 2021
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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