| 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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| 研究成果の概要 |
粒子を高数密度に含む流れの中では、粒子間の狭い領域における潤滑現象に強い影響を受けた熱や物質の輸送が至る所で起こる。本課題では、狭隘な流路において潤滑に由来する圧力勾配を駆動力とする輸送現象の現象解析を目指し、従来の潤滑流れのモデリングに対して高次の影響を考慮し、すべり壁・粗さ面および膜透過物質流束を考慮する潤滑モデルへ発展させた。また膜透過問題では潤滑圧駆動の溶媒・溶質透過の数値解析法も実施し、非圧縮流体の圧力ポアソン方程式において、膜表裏における溶質濃度の不連続も考慮した形式を提案した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
狭隘流路を構成する壁面が相対運動によって発生する潤滑圧は雨滴間や細胞間などで輸送現象を誘起するが、数値計算・実験とも狭隘流路を解像することが難しく、そこでの流れ現象の詳細を十分に理解できていない。本課題では、様々な壁面境界条件（すべり壁、粗さ壁、透過壁）の場合に対して、狭隘流路の壁面上の圧力分布から壁面垂直方向の圧力分布を再構成する数理モデルを提案し、潤滑流れの解像度を補う新しい手法と位置付けた。さらに、潤滑下に置かれた透過膜構造物を含む流れの問題で、膜表裏における圧力と物質濃度の不連続性を考慮した数値解析手法も提案し、低解像度環境下における輸送現象を解析するための基礎をつくった。
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