フェーズフィールドモデルに基づくマイクロ流路内二相流の界面追跡計算法の開発

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18760134
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 高田 尚樹 独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 研究員 (60357358)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: マイクロ・ナノデバイス / 流体工学 / 混相流 / 濡れ性 / 数値流体力学 / 接触角 / 気液二相流 / 自由エネルギー

研究概要

本研究では、ライフサイエンス・環境分野の製薬・分析装置等で新しい化学・流体工学プロセスを実現する各種マイクロデバイスの最適化設計に有用な、微小流路内で気体と液体が混在して流れる二相流現象の解明に適用できる計算法を開発した。不均一な固体表面の濡れ性を扱う簡素な境界条件の提案や温度に依存する表面張力モデルの導入により、本計算法はマイクロスケールで顕著に現れる気液二相流体現象を良好に詳細予測する能力を持つ。

研究成果

• [雑誌論文] Application of a Phase-Field Method to the Numerical Analysis of Motions of a Two-phase Fluid with High Density Ratio on a Solid Surface (2008)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takada, Junichi Matsumoto, Sohei Matsumoto and Naoki Ichikawa
  • 雑誌名: Journal of Computational Science and Technology Vol.2, No.2 ページ: 318-329
  • URL: http://dx.doi.org/10.1299/jcst.2.318
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Isothermal and Thermal Two-Phase Flows Using Phase-Field Modeling, International (2007)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takada and Akio Tomiyama
  • 雑誌名: Journal of Modern Physics C Vol.18, No.4 ページ: 536-545
  • URL: http://dx.doi.org/10.1142/S0129183107010772
  • 査読あり
• [雑誌論文] フェーズフィールド法を用いた相変化を伴う二相流の数値シミュレーション (2007)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、冨山明男
  • 雑誌名: 混相流研究の進展 2巻 ページ: 173-180
  • URL: http://dx.doi.org/10.3811/pmfr.2.173
  • 査読あり
• [雑誌論文] 拡散界面モデルを用いた二相流体流れの数値解析
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、松本純一
  • 雑誌名: 数理解析研究所講究録 (数値解析における理論・手法・応用) Vol.1638 ページ: 83-94
  • URL: http://ci.nii.ac.jp/naid/110007054914
  • 査読あり
• [学会発表] マイクロ流体デバイスのための拡散界面モデルを用いた二相流体挙動の数値シミュレーション (2009)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、松本純一、松本壮平
  • 学会等名: 日本機械学会関東支部第15 期総会講演会
  • 発表場所: 茨城大学水戸キャンパス (茨城県)
  • 年月日: 2009-03-06
• [学会発表] 拡散界面モデルを用いた二相流体流れの数値解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、松本純一
  • 学会等名: RIMS 研究集会 数値解析における理論・手法・応用
  • 発表場所: 京都大学数理解析研究所 (RIMS、京都市)
  • 年月日: 2008-11-16
• [学会発表] 二相流数値解析のためのフェーズフィールドモデルアプローチ (2008)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、松本純一、松本壮平、市川直樹
  • 学会等名: 日本機械学会第21回計算力学講演会
  • 発表場所: 琉球大学千原キャンパス (沖縄県)
  • 年月日: 2008-11-02
• [学会発表] Numerical Simulation of Microscopic Two-Phase Flows Using Diffuse- Interface Model Based on Free-Energy Theory (2008)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takada, Junichi Matsumoto, Sohei Matsumoto and Naoki Ichikawa
  • 学会等名: The 7th JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference (TFEC2008)
  • 発表場所: Hokkaido Citizens Activities Center, Sapporo, Hokkaido, Japan
  • 年月日: 2008-10-16
• [学会発表] 二相流数値解析のための拡散界面モデルに基づく界面追跡CFD法 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第9回秋季技術交流フォーラム
  • 発表場所: 同志社 大学京田辺キャンパス (京都府)
  • 年月日: 2008-10-11
• [学会発表] 環境改善技術開発のための二相流数値シミュレーション (2008)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹
  • 学会等名: 資源・素材2008 仙台((社)資源・素材学会平成20年度秋季大会)
  • 発表場所: 仙台国際センター (宮城県)
  • 年月日: 2008-10-08
• [学会発表] 拡散界面モデルに基づく気液・液液二相流界面追跡計算法の基礎と適用例 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹
  • 学会等名: 株式会社技術情報協会主催セミナー「微小液滴」-インクジェット技術へ活かすための微小液滴の物性制御と挙動メカニズムおよびそのコントロール
  • 発表場所: 北とぴあ (財団法人北区文化振興財団、東京都)
  • 年月日: 2008-09-29
• [学会発表] 拡散界面モデルに基づく二相流計算法の表面張力流れ問題への適用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、他3名
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2008
  • 発表場所: 神戸大学六甲台キャンパス (兵庫県)
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] 固体表面上の高密度比二相流問題に対する拡散界面追跡計算法の適用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、他3名
  • 学会等名: 日本混相流学会年会講演会
  • 発表場所: 会津大学 (福島県)
  • 年月日: 2008-08-08
• [学会発表] 拡散界面モデルに基づく移流拡散方程式の二相流数値シミュレーションへの適用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、他3名
  • 学会等名: 第57回理論応用力学講演会
  • 発表場所: 日本学術会議 (東京都)
  • 年月日: 2008-06-11
• [学会発表] 二相流界面追跡シミュレーションのための自由エネルギー理論に基づく拡散界面モデル (2008)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、他3名
  • 学会等名: 第45回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場 (茨城県)
  • 年月日: 2008-05-23
• [学会発表] 自由エネルギー理論に基づく拡散界面モデルを用いる微視的二相流の界面追跡計算法 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、他3名
  • 学会等名: 日本計算工学会第13回計算工学講演会
  • 発表場所: 仙台市民会館 (宮城県)
  • 年月日: 2008-05-21
• [学会発表] 拡散界面モデルに基づく界面追跡法を用いた二相流数値シミュレーション (2007)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、他3名
  • 学会等名: 日本流体力学会第21回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 秋葉原コンベンションホール (東京都)
  • 年月日: 2007-12-19
• [学会発表] Application of Phase-Field Method to Numerical Analysis of Motions of Two-Phase Fluid on Solid Surface (Paper ID-287213) (2007)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takada, et al.
  • 学会等名: Third Asian-Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM'07-EPMESC XI)
  • 発表場所: ICC Kyoto
  • 年月日: 2007-12-04
• [学会発表] 二相流格子ボルツマン法の拡散界面モデルについて (2007)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹
  • 学会等名: 日本機械学会第20回計算力学講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス (京都府)
  • 年月日: 2007-11-28
• [学会発表] 二相流界面追跡シミュレーションへのフェーズフィールドモデルの導入について (2007)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹
  • 学会等名: 日本機械学会創立110周年記念2007 年度年次大会 先端技術フォーラム
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス (大阪府)
  • 年月日: 2007-09-10
• [学会発表] Application of Interface-Tracking Method Based on Phase-Field Model to Numerical Analysis of Isothermal and Thermal Two-Phase Flows (Paper No. FEDSM2007-37536) (2007)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takada
  • 学会等名: The 5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering Conference (FEDSM2007)
  • 発表場所: San Diego, California, USA
  • 年月日: 2007-07-30
• [学会発表] Numerical Simulation of Motions of Incompressible Two-Phase Fluid on Solid Surface Using a Phase-field Method (Paper No.S1_Thu_D_61) (2007)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takada, et al.
  • 学会等名: The 6th International Conference on Multiphase Flow (ICMF2007)
  • 発表場所: Congress Centre Leipzig (CCL), Leipzig, Germany
  • 年月日: 2007-07-12
• [学会発表] フェーズフィールド法による固体表面上における二相流体挙動の数値シミュレーション (2007)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、他3名
  • 学会等名: 日本混相流学会年会講演会2007
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター (北海道)
  • 年月日: 2007-06-24
• [学会発表] 濡れ性が不均一な固体表面上の二相流体挙動のフェーズフィールド法による数値シミュレーション (2007)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹
  • 学会等名: 第12回日本計算工学会講演会
  • 発表場所: 国立青少年オリンピック記念総合センター (東京都)
  • 年月日: 2007-05-23
• [学会発表] フェーズフィールド法を用いたマイクロチャネル内高密度比二相流数値シミュレーション (2007)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、市川直樹
  • 学会等名: 第56回理論応用力学講演会 (NCTAM2007)
  • 発表場所: 日本学術会議 (東京都)
  • 年月日: 2007-03-09
• [学会発表] フェーズフィールド法による二相流界面追跡シミュレーションについて (2007)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹
  • 学会等名: 第56回理論応用力学講演会 (NCTAM2007)、パネルディスカッションPD4 流れの粗視化とシミュレーション
  • 発表場所: 日本学術会議 (東京都)
  • 年月日: 2007-03-08
• [学会発表] フェーズフィールド界面追跡法による二相流数値シミュレーション (2006)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、廣川景俊、林 公祐、冨山明男
  • 学会等名: 日本流体力学会 第20回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学 (愛知県)
  • 年月日: 2006-12-20
• [学会発表] フェーズフィールドモデルに基づく二相流数値計算手法について (2006)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹
  • 学会等名: 北陸M 倶楽部(HMC)セミナー
  • 発表場所: 富山大学人間発達科学部 (富山市)
  • 年月日: 2006-12-08
• [学会発表] 相変化を伴う二相流数値シミュレーションのためのフェーズフィールド法 (2006)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2006
  • 発表場所: 慶応義塾大学理工学部 (横浜市)
  • 年月日: 2006-11-24
• [学会発表] 二相流数値シミュレーションに対するフェーズフィールドモデリング (2006)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹
  • 学会等名: 日本機械学会第19回計算力学講演会
  • 発表場所: 名古屋大学 (愛知県)
  • 年月日: 2006-11-03
• [学会発表] Numerical Simulation of Isothermal and Thermal Two-phase Flows Using Phase-field Modeling (2006)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takada and Akio Tomiyama
  • 学会等名: The 15th Discrete Simulation of Fluid Dynamics (DSFD2006) Conference - The 20th anniversary of Lattice Gases and beyond -
  • 発表場所: Univ. Geneva, Geneva, Switzerland
  • 年月日: 2006-08-23
• [学会発表] フェーズフィールド法を用いた相変化を伴う二相流の数値シミュレーション (2006)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、冨山明男
  • 学会等名: 日本混相流学会年会講演会2006
  • 発表場所: 金沢工業大学 (石川県)
  • 年月日: 2006-08-06
• [学会発表] Interface-Tracking Simulation of Two-Phase Flows by Phase-Field Method (Paper No. FEDSM2006-98536) (2006)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takada and Akio Tomiyama
  • 学会等名: 2006 ASME Joint U.S.-European Fluids Engineering Summer Meeting (FEDSM2006)
  • 発表場所: Miami, Florida, USA
  • 年月日: 2006-07-19
• [学会発表] 二相流数値シミュレーションの界面移流・再構成計算に対するカーン・ヒリアード方程式の適用性の検討 (2006)
  • 著者名/発表者名: 高田尚樹、広川景俊、林公祐、冨山明男
  • 学会等名: 第11回日本計算工学会講演会
  • 発表場所: 大阪大学コンベンションセンター (大阪府)
  • 年月日: 2006-06-12
• [備考] 高田尚樹、自由エネルギー拡散界面モデルの二相流数値解析への導入、日本機械学会流体工学部門(JSME-FED) ニューズレター流れ、2008 年4号
  • URL: http://www.jsme-fed.org/newsletters/2008_4/no4.html#ctop
• [備考] 研究成果一覧Web ページ(日本語版)
  • URL: http://staff.aist.go.jp/naoki-takada/index.html
• [備考] 研究内容紹介Web ページ(日本語版)
  • URL: http://staff.aist.go.jp/naoki-takada/phase_field_cfd.htm
• [備考] 研究成果一覧Web ページ(英語版)
  • URL: http://staff.aist.go.jp/naoki-takada/index_en.html
• [備考] 研究内容紹介Web ページ(英語版)
  • URL: http://staff.aist.go.jp/naoki-takada/phase-field_cfd_en.html