| 研究課題/領域番号 |
20K20972
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
竹内 伸太郎 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (50372628)
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| 研究分担者 |
大西 領 東京工業大学, 学術国際情報センター, 教授 (30414361)
田川 義之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70700011)
梶島 岳夫 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30185772)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 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 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 潤滑 / イオン輸送 / 粗面 / 膜透過輸送 / 非平衡 / 粒子流れ / 液滴浮遊 / 潤滑理論 / 界面 / 混相流れ / 輸送現象 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
従来の潤滑理論が成功をおさめてきた非常に狭い領域における流れ現象は、狭隘部の壁垂直方向の圧力は一定値であることが特徴である。一方、狭いとは見なせない広さの隙間では、壁垂直方向に発生する圧力勾配は無視できず、そこでは潤滑の影響を受けた特徴的な輸送現象が考えられる。
そのため、潤滑理論をより広いクラスの問題に適用できるような拡張・一般化を行う。すなわち、固体壁と自由界面の間など様々な境界条件に対応する隙間流れを記述する方程式群を統一的に取り扱う方法を提案することで、（既存の潤滑理論では記述できない）潤滑流れが関与する非平衡輸送現象に新しい定式化と解析基盤を与える。
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| 研究実績の概要 |
最終年度には、（１）粗さを考慮した潤滑モデルの作成、（２）複数種のイオンを含む膜透過流束モデルを作成した。
（１）粗面潤滑の問題は、装置のスケールに対して粗さのスケールが小さいことが特徴で、そのことが連続体レベルにおける問題設定を難しくしている。すなわち、装置のスケールで記述される潤滑方程式の仮定が成立しない。この問題に対して、過去の研究では、粗さの統計的性質を潤滑方程式の係数に採り入れるというアイデアで実施されたものが多い。本研究では問題を（解析的性質の良い）正弦波状の粗さに限定して、以下に概説する新しい決定論的アプローチに基づくアイデアの実効性を確かめた：Stokes流れの範囲では粗面から十分離れると流線が粗さの影響を受けにくくなることを確認し、潤滑流れの解を nominal面における低次解と、粗さの影響を考慮した高次解に分割して表現する方法を提案した。従来の低次解よりも精度が改善されたことにより、高次解も含めた予測精度が向上した。
（２）生体膜などにおけるイオン・水輸送の問題ではイオンの輸送を表す現象論的モデルが存在するが、水の輸送を考慮していないため、電位差の非定常応答に対応した圧力応答を充分に説明できていなかった。そのことは、近年注目されている細胞の圧力受容チャネルの理解には欠かせない。本研究では、輸送されるイオンと水の濃度の比に着目して新たな膜透過現象論モデルを提案し、イオンによる電場および濃度の保存式ならびに流体運動の諸保存式と連成させる方針を採った。実験結果との比較による検証を通して、水の輸送を適切に考慮することが膜電位と圧力応答の連成を説明する鍵であることを示した。
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