電場・磁場および流動下における複雑流体の内部構造とそのダイナミクス

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07236206
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 滝本 淳一 山形大学, 工学部, 講師 (50261714)
• 研究分担者: 高橋 眞映 山形大学, 工学部, 教授 (50007762) ; 小山 清人 山形大学, 工学部, 教授 (60007218)
• キーワード: エレクトロレオロジー流体 / マグネトレオロジー流体 / 分散系 / レオロジー / 複雑流体 / 計算機シミュレーション / 可視化

研究概要

1.流動しているエレクトロレオロジー流体に電場を印加した後のクラスターの成長と応力の増加を、計算機シミュレーションにより調べた。その結果応答時間は、流動のずり速度が速いほど、粒子濃度が高いほど、あるいは電場が強いほど短くなることが明らかになった。ずり速度が速いほど応答時間が短くなる(応答が速くなる)のは、粒子間の衝突頻度が増してクラスターの成長が速くなることと、定常状態でのクラスターが短くなることの、二つの理由による。さらに種々の条件下での応力の時間依存性が一つのスケーリング関数で表されることも見いだした。
2.静止しているエレクトロ・マグネトレオロジー流体(EMR流体)に電場と磁場を同時に印加した場合に生じる構造を可視化した。可視化の手法としては、分散媒に熱硬化性のシリコンオイルを用い、外場下で熱を加えて構造を保ったまま固化させ、それを薄く切って顕微鏡観察する、という手法を新たに開発した。可視化の結果、特に電場と磁場を直交させて印加した場合、網目状のクラスターが形成されることを見出した。流動中の構造の可視化が可能な装置を現在計画中である。
3.EMR流体に外場を印加した場合のずり応力を測定した。電場・磁場を平行に同時印加すると、それぞれを単独印加した場合の応力の和より強い応力が発生する(正の相乗効果)。しかし電場・磁場を直交させて印加すると負の相乗効果(同時印加による応力の減少)が生じる場合があることを新たに見出した。また周期変動する流動の下での応力測定(動的粘弾性測定)を行う装置を試作し、現在調整中である。

研究成果

• [文献書誌] K. Minagawa, J. Takimoto 他3名: "Electro-Magneto-Rheological Effects in Parallel-Field and Crossed Field Systems" J. Non-Newtonian Fluid Mech.58. 195-206 (1995)
• [文献書誌] T. Uemura, J. Takimoto 他2名: "Opposite Electro-rheological Effects between Urethane-based Polymers Having Different Terminal Groups" J. Chem. Soc. Faraday Trans.91(6). 1051-1052 (1995)
• [文献書誌] K. Tanaka, K. Koyama 他2名: "Scaling Behavior of Response Time of Electrorheological Suspensions with Cation Exchange Resin Particles" PhysicalReview E. 52(4). 3325-3328 (1995)
• [文献書誌] J. Takimoto, K. Minagawa and K. Koyama: "Numerical Study of the Response Time of ER Suspension." J. Modern Phys. B. (印刷中).
• [文献書誌] K. Minagawa, J. Takimoto 他2名: "Electrorheological Normal Stress Measurements of Polymer Solutions and Suspensions" J. Modern Phys. B. (印刷中).
• [文献書誌] K. Koyama: "Rheological Synergistic Effects of Electric and Magnetic Fields in Iron Particle Suspension" J. Modern Phys. B. (印刷中).