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Interaction of non-Newtonian fluids with deformable structures in microscale biological processes

研究課題

研究課題/領域番号 22K14184
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

VARCHANIS Stylianos  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 (30913462)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワードViscoelastic / FSI / Flow instability / Porous media / Microfluidics
研究開始時の研究の概要

In this project, the applicant will develop a new, fully consistent, and highly stable Finite Element formulation for the simulation of the flow and interaction of viscoelastic fluids with elastic structures. This will be the first numerical method that will address the multiphysics coupling between the laws that describe non-Newtonian fluid dynamics and structural mechanics. The algorithm will be employed to study the underlying physics in a problem that arises in microscale biological processes: the 3-dimensional viscoelastic flow past a single or an array of deformable elastic posts.

研究実績の概要

We simulated the base case for increasing flow rates (Weissenberg number) to explore the response of the system. We found that a Hopf bifucartion drives the system from steady to time-dependent states. We performed a parametric study regarding the extensibility of polyner solution and the elastic modulus of the solid. Low polymer extensibility and high solid elastic modulus suppress time dependent states. We also studied the effect of the blockage ratio, aspect ratio, and angles of attack. We find that time dense fiber beds promote time-dependent states. In all cases we derived an apparent permeability coefficient (Darcy-like law) and a slip length.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 6件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Rheological effects on purely-elastic flow asymmetries in the cross-slot geometry2024

    • 著者名/発表者名
      A Yokokoji, S Varchanis, AQ Shen, SJ Haward
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 20 号: 1 ページ: 152-166

    • DOI

      10.1039/d3sm01209c

    • 関連する報告書
      2023 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] Perspective on edge fracture2023

    • 著者名/発表者名
      Chan San To、Varchanis Stylianos、Haward Simon J.、Shen Amy Q.
    • 雑誌名

      Journal of Rheology

      巻: 67 号: 4 ページ: 949-963

    • DOI

      10.1122/8.0000625

    • 関連する報告書
      2023 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] Edge fracture of thixotropic elastoviscoplastic liquid bridges2023

    • 著者名/発表者名
      San To Chan, Stylianos Varchanis, Amy Q Shen, Simon J Haward
    • 雑誌名

      PNAS Nexus

      巻: 2 号: 3 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1093/pnasnexus/pgad042

    • 関連する報告書
      2023 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] Extensional rheometry of mobile fluids. Part II: Comparison between the uniaxial, planar and biaxial extensional rheology of polymer solutions using numerically-optimized stagnation point microfluidic geometries2023

    • 著者名/発表者名
      SJ Haward, S Varchanis, GH McKinley, MA Alves, AQ Shen
    • 雑誌名

      Journal of Rheology

      巻: 67 号: 5 ページ: 1011-1030

    • DOI

      10.1122/8.0000660

    • 関連する報告書
      2023 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] Extensional rheometry of mobile fluids. Part I: OUBER, an optimized uniaxial and biaxial extensional rheometer2023

    • 著者名/発表者名
      SJ Haward, F Pimenta, S Varchanis, DW Carlson, K Toda-Peters, MA Alves, AQ Shen
    • 雑誌名

      Journal of Rheology

      巻: 67 号: 5 ページ: 995-1009

    • DOI

      10.1122/8.0000659

    • 関連する報告書
      2023 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] Evaluation of constitutive models for shear-banding wormlike micellar solutions in simple and complex flows2022

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

      Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics

      巻: 307 ページ: 104855-104855

    • DOI

      10.1016/j.jnnfm.2022.104855

    • 関連する報告書
      2022 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] Viscoelastic fingering during the sedimentation of a sphere2023

    • 著者名/発表者名
      Stylianos Varchanis, Simon J. Haward, Amy Q. Shen
    • 学会等名
      XIXth International Congress on Rheology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Shear-thinning and shear-thickening effects in the Oldroyd-B model2022

    • 著者名/発表者名
      Stylianos Varchanis, John Tsamopoulos, Amy Q. Shen, Simon J. Haward
    • 学会等名
      15th Annual European Rheology Conference
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Steady viscoelastic instability around a planar stagnation point2022

    • 著者名/発表者名
      Stylianos Varchanis, Arisa Yokokoji, Simon J. Haward, Tadashi Inoue, Amy Q. Shen
    • 学会等名
      14th European Fluid Mechanics Conference
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] A Space-Time Galerkin/Least-Squares Method for the simulation of non-Newtonian fluid flows2022

    • 著者名/発表者名
      Stylianos Varchanis, Simon J. Haward, Amy Q. Shen
    • 学会等名
      93rd Annual Meeting of the Society of Rheology
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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